Füüsikaline keemia (0)

Лабораторная работа №3
Преподаватель:
Работа выполнена _________________
Студент: 
Работа принята____________________
Цель  работы:  Исследование  процесса  адсорбции  на  границе  раздела  твердой  и  жидкой 
фаз.
Приборы:
 титратор DL15 Mettler Tolledo;
 электрод DG 115-SC Mettler Tolledo;
 бюретка на 20 мл;
 принтер;
 магнитная мешалка;
 фильтровальная установка;
 стаканчики для титратора, 100 мл;
 мерные колбы, 100 мл;
 конические колбы, 100 мл;
 мерная пипетка;
 аналитические весы, 0,0001
Реактивы:
 уксусная кислота;
 гидроксид натрия;
 адсорбент – активированный уголь.
Ход работы:
1. Приготовить  серию  растворов  уксусной  кислоты  0,1M,  0,075M,  0,05M,  0,025M,  0,01M  в
мерных колбах на 100 мл. Проверить концентрацию каждого раствора титрованием 0,1M
NaOH .  Для  этого  в  три  стаканчика  для  титрования  отобрать  пипеткой  на  10  мл  три
аликвоты фильтрата уксусной кислоты. Провести титрование.
2. В  конические  колбы  на  100  мл  отобрать  по   50  мл  каждого   раствора,  добавить
приблизительно  1,5  г  активированного  угля,  предварительно  измельченного  и
взвешенного с точностью до 0,0001.
3. Смесь выдержать 10 минут, постоянно взбалтывая.
4. Собрать установку для фильтрования. Отфильтровать активированный уголь.
5. Определить концентрацию фильтрата титрованием 0,1M  NaOH  (см.пункт 1).
6. Рассчитать  средний  объем  NaOH,  затраченный  на  титрование  каждого  из  растворов
заданной концентрации.
1
7. Рассчитать нормальность кислоты
8. Экспериментальные данные занести в таблицу.
Нормальность кислоты до и после адсорбции рассчитывается согласно закону эквивалентов.
9. По полученным данным построить изотерму адсорбции.
Сделать выводы.
Результаты эксперимента:
1. Взяты пять растворов уксусной кислоты рекомендованных методикой концентраций. Путем
титрования 0,1 н раствором гидроксида натрия уточнены их концентрции:
C
* V
N NaOH
NaOH
1
0 * 8
9
1.1. C


 0980
0
моль / л
CH COOH
, где
3
V
10
CH COOH
3
CCH COOH  – уточняемая исходная нормальная (молярная) концентрация уксусной 
3
кислоты, С1 моль/л – для одноосновной уксусной кислоты модульные значения 
молярности и нормальности совпадают;
СN NaOH – нормальная концентрация раствора щелочи, г-экв/л; СN NaOH = 0,1 н;
V NaOH – средний объем щелочи, пошедший на титрование аликвоты куксусной 
кислоты, мл;
V
V
CH COOH  – аликвота уксусной кислоты, взятая для титрования, мл; 
 = 10 
3
CH COOH
3
мл.
C
* V
N NaOH
NaOH
1
0 * ,
7 4
1.2. C


 074
0
0 моль / л
CH COOH
3
V
10
CH COOH
3
C
*V
N NaOH
NaOH
0,1*4, 7
1.3. Cмоль л

 0,0470
CH3COOH
V
10
CH3COOH
C
*V
N NaOH
NaOH
0,1*2, 7
1.4. Cмоль л

 0,0270
CH3COOH
V
10
CH3COOH
C
*V
N NaOH
NaOH
0,1*1,3
1.5. Cмоль л

 0,0130
CH3COOH
V
10
CH3COOH
2. В каждый раствор добавлено по ~ 1,5 г сорбента – активированного угля. Растворы 
оставлены на 10 минут для проведения процесса сорбции, после чего уголь отфильтрован и
вновь определена концентрация уксусной кислоты титрованием щелочью: 
C
*V
N NaOH
NaOH
0,1*9,3
2.1. Cмоль л

 0,0930
CH3COOH
V
10
CH3COOH
2
C
*V
N NaOH
NaOH
0,1*6, 7
2.2. Cмоль л

 0,0670
CH3COOH
V
10
CH3COOH
C
*V
N NaOH
NaOH
0,1*4, 2
2.3. Cмоль л

 0,0420
CH3COOH
V
10
CH3COOH
C
*V
N NaOH
NaOH
0,1*2, 4
2.4. Cмоль л

 0, 0240
CH3COOH
V
10
CH3COOH
C
*V
N NaOH
NaOH
0,1*1, 2
2.5. Cмоль л

 0, 0120
CH3COOH
V
10
CH3COOH
3. Рассчитано адсорбированное число молей по формуле x =  С1 – С2:
3.1. x =  С1 – С2 = 0,0980 – 0,0930 = 0, 0050 моль
3.2. x =  С1 – С2 = 0,0740 – 0,0670 = 0,0070 моль
3.3. x =  С1 – С2 = 0,0470 – 0,0420 = 0,0050 моль
3.4. x =  С1 – С2 = 0,0270 – 0,0250 = 0,0030 моль
3.5. x =  С1 – С2 = 0, 0090 – 0,0030 = 0,0010 моль
4. Рассчитана адсорбция по формуле Г = х/m:
х
0, 0050
4.1.
1
Г 

 0,0033
1
, где
m
1,5039
1
х – число молей уксусной кислоты, адсорбированной активированным углем;
m – масса адсорбента, г.
х
0,0070
4.2.
2
Г 

 0,0047
2
m
1,5025
2
х
0, 0050
4.3.
3
Г 

 0,0033
3
m
1,5030
3
х
0,0030
4.4.
4
Г 

 0,0002
4
m
1, 4965
4
х
0,0010
4.5.
5
Г 

 0,0067
5
m
1, 4997
5
5. Результаты эксперимента и расчеты внесены в таблицу:
3
Исход-
Рекоме
Средний Концен
Адсорби-
Масса
Средний
ная
Адсорб-
ндован
объем,
трация
рованное
адсор-
объем, V
концен-
ция,
ная
ср
V
после
число молей,
бента
трация,
ср NaOH
№ концен
NaOH (до
(после
адсорб
m, 
адсорб-
С
Г = х/m
трация,
1, 
адсорб-
ции,
x =  С1 – С2 
ции)
С,
ции)
С
мл
2,
моль/л
мл
моль/л
моль
моль/л
1
0,1
9,8
0,0980
9,3
0,0930
0,0050
1,5039
0,0033
2
0,075
7,4
0,0740
6,7
0,0670
0,0070
1,5025
0,0047
3
0,05
4,7
0,0470
4,2
0,0420
0,0050
1,5030
0,0033
4
0,025
2,7
0,0270
2,4
0,0240
0,0030
1,5018
0,0002
5
0,01
1,3
0,0130
1,2
0,0120
0,0010
1,4997
0,0067
6. На основании экспериментальных данных построена изотерма адсорбции – зависимость 
адсорбции от концентрации уксусной кислоты:
Контрольные вопросы
1) Что такое поверхностная энергия? Как ее можно измерить для жидкостей? В каких единицах
она измеряется?
Поверхностная  энергия, энергия, сосредоточенная  на границе  раздела фаз, избыточная по
сравнению с энергией в объеме. При увеличении поверхности раздела фаз удельная полная
поверхностная   энергия   (на   единицу   поверхности)  e  характеризует   увеличение   энергии
системы. Она равна сумме механической работы s образования единицы площади поверхности
и   поглощаемой   при   этом   теплоты  q.  B  обратимом   изотермическом   процессе
    , где Т-абсолютная температура, —  
    -удельная поверхностная
энтропия (связанная энергия). 
Поверхностная энергия s определяется как работа образования единицы площади поверхности
(размерность Дж/м2) или как сила, приложенная к контуру на поверхности и препятствующая
4
увеличению поверхности; тогда ее размерность Н/м. Для жидкостей молекулярной природы и
твердых тел поверхностная энергия s равна: сжиженные инертные газы-единицы мДж/м2, орг.
вещества-десятки   мДж/м2,   вещества   ионной   природы   -   первые   сотни   мДж/м2,   металлы-от
долей Дж/м2 (легкоплавкие) до нескольких Дж/м2 (тугоплавкие). 
2) Запишите уравнение Гиббса. Что называется поверхностной активностью?
C d
d
Г  
 
 
 Величина  
  является   мерой   способности   вещества   понижать
RT dC
dC
поверхностную энергию и называется поверхностной активностью.
3)  Какими   свойствами   обладают   поверхностно-активные   вещества  (ПАВ)?  Какое   строение
имеют их молекулы? Приведите примеры ПАВ.
ПАВ - вещества, понижающие поверхностное натяжение. К ПАВ относятся органические
вещества, молекулы которых состоят из участков с резко различными свойствами. Одна часть
молекул   -   полярная   группа,   другая   -   неполярная   часть,   состоящая   из   углеводородного
радикала. К полярным группам относятся –OH, –COOH, –NH2 и другие. Такие дефильные
молекулы   ПАВ   на   границе   раздела   фаз   ориентируются   полярной,   гидрофильной   частью
молекулы   к   полярной   фазе,   а   неполярная,   гидрофобная   часть   молекулы   имеет   большее
сродство к неполярной фазе.Накопление избытка ПАВ на границе жидкость - газ стремится к
некоторому пределу: адсорбционный слой достигает насыщения. При большой концентрации в
результате уменьшения расстояния между молекулами и взаимного отталкивания при полном
заполнении   мономолекулярного   слоя   молекулы   образуют   более   плотную   упаковку
d
(“частокол”). Если