Изучение адсорбции уксусной кислоты на активированном угле

Цель работы: изучить процесс адсорбции CH₃COOH на активированном угле, научиться определять постоянные К и 1/n в уравнении Фрейндлиха графическим способом.

 

Теоретическое обоснование.

Адсорбцией называют самопроизвольное изменение концентрации одного из компонентов гетерогенной системы на поверхности раздела ее фаз.

Вещество, концентрация которого меняется на поверхности раздела фаз, называют адсорбтивом, а вещество на поверхности которого меняется концентрация адсорбтива, называют адсорбентом.

Одним из важнейших случаев адсорбции является поглощение растворенного вещества из раствора на поверхности твердого тела.

Для количественного изучения процесса адсорбции на поверхности раздела раствор – твердое тело часто используют уравнение Фрейндлиха.

х/m = К•С^1/n

Х- количество адсорбтива, моль

m- масса адсорбента, г

С- равновесная концентрация адсорбирующегося вещества в исходном растворе, мольные доли

К – константа адсорбции (характерная для данного адсорбента)

1/n – показатель степени адсорбции

Данное уравнение обычно используют для определения постоянных Фрейндлиха К и 1/n в логарифмическом виде. Если уравнение (I) прологарифмировать, получаем

lg x/m=lg K+1/n lg C

Данное уравнение аналогично уравнению прямой.

Построив его график, мы можем определить значения 1/n и lgK (рисунок 1)

 

lg х/m

 

В

 

lg K (К = 10 ^{lg K})

А φ

О lg С

(tgφ=1/n)

 

Рисунок 1. График уравнения Фрейндлиха в логарифмической форме

 

Оборудование и реактивы

Нумерованные стаканы и конические колбы в количестве 5 штук, бюретка для титрования, мерная пипетка объемом 20- 25 мл, аналитические весы, ступка и пестик;

Раствор едкой щелочи, фенолфталеин, дистилированная вода, уксусная кислота, активированный уголь.

 

Порядок выполнения работы

1. Подготавливают пробы кислоты и проводят процесс адсорбции, для чего:

- подбирают 5 стаканчиков с номерами.

- на аналитических весах берут 5 навесок по 0,5г активированного угля, предварительно тщательно растертого в ступке

- уголь переносят в стаканчики

- в каждый из стаканчиков из предварительно подготовленной бюретки наливают указанное количество воды, а затем - уксусной кислоты

Количества кислоты и воды, помещаемые в каждый из стаканчиков приведены ниже:

1-й стаканчик 1мл кислоты + 49мл воды

2-й 2мл + 48мл

3-й 5мл + 45мл

4-й 10мл + 40мл

5-й 20мл + 30мл

 

 

- содержимое перемешивают стеклянной палочкой и оставляют на 10-15 минут

- отфильтровывают растворы из стаканчиков в конические колбы, пронумерованные таким же образом, как и стаканчики (остаток содержимого в стакане не промывать и не переносить на фильтр).

2. Определяют количество поглощенной в процессе адсорбции кислоты, для чего:

- стаканчики ополаскивают водой и в каждый из них отбирают из каждой колбы по 20 или 25 мл (мерной пипеткой) фильтрата и добавить 1-2 капли фенолфталеина

- оттитровывают раствором щелочи до бледно-розовой окраски, измеряя точные объемы щелочи.

- результаты титрования записывают в произвольной форме.

3. Производят необходимые расчеты:

- рассчитывают количество кислоты до адсорбции в каждом из 5 стаканчиков (моль) по следующей формуле:

 

С = Т укс. • V укс.• 1000

Где:

Т укс. – титр уксусной кислоты, г/мл (Тукс. задается преподавателем)

60 – молярная масса эквивалента уксусной кислоты, г/моль

V_укс - объем уксусной кислоты, взятой для приготовления пробы, мл

- вычисляют количество кислоты после адсорбции (С-Х) в каждом стаканчике по формуле (моль):

60 · Тщел · V_Р-ра

(C-X) = ------------------------- · V_щелочи

56 · Тукс · V_{пипетки}

где

56- молярная масса эквивалента щелочи, г/моль

60- молярная масса эквивалента уксусной кислоты, г/моль

V_Р-ра - объем раствора, 50 мл

Тщел - титр раствора щелочи, г/мл (задается преподавателем)

V_щелочи - объем щелочи, пошедший на титрование данной пробы, мл

- вычисляют количество адсорбированной кислоты для каждого стаканчика:

Х = С – (С-Х)

- находят значения логарифмов найденных количеств кислоты (для определения логарифмов использовать Приложение, таблицу 3)

Данные расчетов занести в таблицу результатов по образцу:

 

Номер стаканчика	Исходные растворы	Количество уксусной кислоты, моль	Количество адсорбированной уксусной кислоты Х, моль	X/m	lg x/m	Lg c
Активированный уголь, г	Уксусная кислота, мл	Вода, мл
До адсорбции С	После адсорбции С-Х
	0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

 

По полученным данным строят на миллиметровой бумаге график зависимости lg x/m от lg(c-x). Находят по графику значения К и 1/n:

- lg K измеряется по графику как длина отрезка ОВ с учетом масштаба, К = 10 ^{lg K}

- 1/n находится как значение tgφ, равное отношению длин отрезков ОВ и ОА с учетом масштаба.

 

Записывают уравнение Фрейндлиха в нелогарифимической форме с учетом констант К и 1/n.

Содержание отчета о работе

Отчет о работе должен содержать:

1. Тему работы
2. Цель работы
3. Краткие теоретические сведения (понятие адсорбции, формула Фрейндлиха в эмпирической и логарифмической форме)
4. Индивидуальное задание (выдается преподавателем)
5. Таблицу результатов с полученными данными
6. График зависимости lg x/m от lg(c-x), построенный на миллиметровой бумаге
7. Уравнение Фрейндлиха в нелогарифимической форме с учетом констант К и 1/n.

 

 

Контрольные вопросы

1. Дайте понятие сорбции, адсорбции и абсорбции
2. Перечислить факторы, влияющие на процесс адсорбции жидкостей твердыми адсорбентами.
3. Привести уравнение Фрейндлиха в эмпирической и логарифмической формах.

 

 

 

 

Лабораторная работа №5