Занятие 19. физико-химия поверхностных явлений. адсорбция

 

Цель занятия:

Систематизировать теоретические знания процесса адсорбции на поверхности раздела твёрдое вещество — жидкость, жидкость — жидкость и приобрести практические навыки экспериментального определения величины адсорбции.

 

Содержание занятия:

1. Обсуждение теоретического материала.

2. Выполнение лабораторной работы «Адсорбция уксусной кислоты на активированном угле».

3. Оформление отчета.

 

Вопросы, предлагаемые для обсуждения на занятии:

1. Сущность процесса адсорбции. Понятие об адсорбенте, адсорбтиве, адсорбции, хемосорбции.

2. Адсорбция на поверхности жидкого адсорбента: уравнение Гиббса, анализ уравнения (понятие о поверхностно-активных веществах), правило Траубе. Образование поверхностных пленок и их биологическое значение.

3. Адсорбция на поверхности твердых адсорбенов: уравнение Ленгмюра. зависимость адсорбции от различных факторов особенности адсорбции из растворов.

4. Сущность избирательной адсорбции и ее биологическое значение. Правило Паннета–Фаянса.

5. Сущность и значение хроматографического анализа.

 

Лабораторная работа. Адсорбция уксусной кислоты на активированном угле.

В сухие четыре колбочки вносят по 1 г (полный тигелек) измельченного активированного угля (находится в эксикато­ре) и наливают, начиная с раствора наименьшей концентра­ции, с помощью цилиндра по 25 мл растворов уксусной кисло­ты (концентрация указана на бутылочках). Колбочки закрыва­ют листком бумаги, встряхивают и оставляют на 20 мин. Встряхивание время от времени повторяют. Растворы фильтру­ют через сухие фильтры в отдельные колбочки, отбрасывая пер­вые
3–5 мл фильтрата (во избежание ошибок за счет адсорб­ции кислоты на фильтре). Из каждого фильтрата, начиная с наименьшей концентрации, в колбу для титрования отбирают пипеткой по 10 мл раствора и титруют раствором NaOH с молярной концентрацией эквивалента 0.1 моль/л в присутствии двух капель фенолфталеина до появления слабо розовой окраски. По объёму израсходованной на титрование щелочи определяют концентрацию кислоты после адсорбции. Зная количество кислоты в пробе до и после адсорции, рассчитывают количество кислоты Г, адсорбированной 1 г угля (Г выражают в миллимолях на 1 г адсорбента).

Количество кислоты в каждой пробе до и после адсорбции (n_o и n) и равновесную концентрацию раствора кислоты (С) рассчитывают по формуле:

1) n_o(СН₃СООН) = С_о(СН₃СООН) ∙ V_о(СН₃СООН) ∙ 10³ =

= С_о(СН₃СООН) ∙ 25 (ммоль);

где С_о(СН₃СООН) — начальная концентрация растворов кислоты, моль/л,

V_о(СН₃СООН) — объём раствора кислоты (0.025 л);

 

2) n (СН₃СООН) = =

= V(NаОН) ∙ 0.25 (ммоль);

где С(NаОН) — концентрация раствора щелочи (0.1 моль/л);

V(NаОН) — объём раствора щелочи, израсходованной на титрование кислоты, мл;

V(СН₃СООН) — объём раствора кислоты, взятой для адсорбции (0.025 л);

V(СН₃СООН) — объём раствора кислоты, взятой для титрования (10 мл).

 

3) С(СН₃СООН) = = , моль/л;

где С(NаОН) — концентрация раствора щёлочи (0.1 моль/л);

V(NаОН) — объём раствора щёлочи, израсходованной на титрование,мл;

V(СН₃СООН) – объём раствора кислоты, взятой для титрования (10 мл).

 

Полученные результаты записывают в таблицу.

Приведите расчеты величин n_o, n, С, Г. Результаты работы и расчеты сведите в следующую таблицу:

 

Начальная конц-ия кислоты Со, моль/л	Объём NaOH, израсх. на титрование 10 мл к-ты после адсорб. V(NаОН), мл	Кол-во кислоты в пробе, моль/л	Величина адсорбции Г=no–n, ммоль/г	Равновесная концентрация кислоты C= , моль/л
до адсорбции nо	после адсорбции n

Начертите на миллиметровой бумаге изотерму адсорбции — график зависимости Г = f (С) в масштабе:

Г — ось ординат: 5 см = 1.00 ммоль/г;

С — ось абсцисс: 2 см = 0.10 моль/л.

При построении графика числовые значения Г и С округлите до сотых долей единицы.

Сделайте вывод о характере зависимости величины адсорбции Г от величины равновесной концентрации С.

 

Контрольные вопросы и задачи

1. Как изменяется степень заполнения адсорбента адсорбтивом с повышением температуры при химической адсорбции?

2. Приведите эмпирические уравнения адсорбции Фрейндлиха.

3. В чем сущность ионообменной адсорбции? Какие вещества называются катионитами и анионитами.

4. Какие вещества называются поверхностно-активными и инактивными?

5. Почему гидрофобные вещества лучше адсорбируют поверхностно-активные вещества из водных растворов, а гидрофильные — из углеводородных. В чем заключаются особенности адсорбции твердыми адсорбентами различных веществ из растворов?

6. Во сколько раз поверхностная активность уксусной кислоты больше или меньше поверхностной активности масляной кислоты при условии равенства концентраций из разбавленных водных растворов? (Правило Дюкло-Траубе).

7. В раствор объемом 60 мл некоторого вещества с концентрацией 0.440 моль/л поместили твёрдый адсорбент массой 3 г. После достижения адсорбционного равновесия концентрация вещества снизилась до 0.350 моль/л. Вычислите величину адсорбции (a = ).