Лабораторная работа № 9. Изотерма поверхностного натяжения раствора поверхностно-активного вещества и адсорбция на границе жидкость – газ
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

 

Цель работы: определить поверхностное натяжение исследуемых растворов методом максимального давления в газовом пузырьке;

построить изотерму поверхностного натяжения;

определить величину адсорбции для каждого исследуемого раствора; построить изотерму адсорбции; графическим способом определить коэффициенты в уравнении Ленгмюра.

 

Приборы:установка для определения поверхностного натяжения методом максимального давления в газовом пузырьке, капилляр, химические стаканчики.

 

Реактивы:дистиллированная вода, набор растворов (шесть растворов ПАВ разной концентрации).

Для измерения поверхностного натяжения жидкости используется метод максимального давления в газовом пузырьке.

 

Порядок выполнения работы

1. Определяют величину максимального давления в газовом пузырьке сначала для воды (эталонной жидкости), а затем для исследуемых растворов. Начинают с самого разбавленного раствора ПАВ и последовательно переходят к растворам большей концентрации. Предварительно промывают прибор исследуемым раствором.

2. Рассчитывают поверхностное натяжение растворов разной концентрации по формуле (Л.1.5).

3. Строят изотерму поверхностного натяжения. По оси ординат откладывают , по оси абсцисс – концентрацию.

4. Определяют поверхностную активность  как производную из графика изотермы поверхностного натяжения. Поверхностную активность рассчитывают в джоулях на метр к киломолю [Дж·м/кмоль].

5. По уравнению (2.2.6) рассчитывают поверхностный избыток Г (R = 8,31·103 Дж/ (кмоль·К)).

6. Строят изотерму адсорбции (рис.2.2) (по оси ординат откладывают величину адсорбции, по оси абсцисс – концентрацию). Определяют значение предельной адсорбции.

7. Далее определяют предельную адсорбцию ( графическим решением уравнения Ленгмюра). Все графики выполняются на миллиметровой бумаге с помощью линейки и карандаша.

8. Экспериментальные и расчетные данные сводят в табл. 8 и анализируют полученные результаты.

 

Т а б л и ц а 8

Раствор ПАВ, моль/л Р, мм сп.ст. σ, Дж/М2 dσ/dc Г, кмоль/м2 С/Г г (1 способ) г (2 способ)
               

 

9. Отчет оформляется в соответствии с требованиями к оформлению отчетов.

 

 

Лабораторная работа № 10. Определение адсорбции на границе твердое вещество - жидкость

 

Цель работы: изучить явление адсорбции на твердой поверхности;

количественно определить адсорбцию уксусной кислоты на угле;

построить изотерму адсорбции;

определить константы графически в уравнении Фрейндлиха;

сравнить теоретические и экспериментальные величины адсорбции,   

рассчитать относительную погрешность.

 

Приборы :12 сухих конических колб объемом 250 мл, 6 воронок, пипетка на 10 мл, мерный цилиндр, бюретка на 50 мл, технические электронные весы, фильтры.

Реактивы: раствор уксусной кислоты, активированный уголь, 0,1 н раствор гидроксида натрия (калия), индикатор − фенолфталеин.

 

Получим изотерму адсорбции на твердой поверхности из раствора. В качестве адсорбента используют активированный уголь, имеющий большую удельную поверхность. Адсорбтивом является уксусная кислота.

Используется аналитический метод определения концентрации – метод титрования.

 

Порядок выполнения работы

 

1. В каждую из шести сухих колб (пронумерованных), кроме колбы 1, наливают по 50 мл дистиллированной воды, затем в колбы 1 и 2 − по 50 мл исследуемого раствора уксусной кислоты с помощью бюретки. Тщательно перемешивают содержимое колбы 2, и отобрав 50 мл разбавленной кислоты, переносят в колбу 3, из нее − в следующую по порядку колбу и т.д. Таким образом, получают шесть растворов; концентрация каждого из них уменьшается вдвое по сравнению с предыдущим раствором. Из последней колбы следует отобрать 50 мл раствора и отбросить. Таким образом, в каждой колбе объем раствора составляет 50 мл.

2. К 50 мл каждого раствора добавляют по 1 г активированного угля (навеску готовят на технических электронных весах). Содержимое колб хорошо перемешивают и оставляют для адсорбции на 30 мин.

3. За время адсорбции определяют концентрацию С0 исследуемого раствора кислоты титрованием 0,1 н NaOH (KOH) в присутствии индикатора фенолфталеина. Аликвотная часть кислоты составляет 5 мл. Концентрацию кислоты определяют по закону эквивалентов.

 

Ск-ты= ,

 

где С – концентрация кислоты, моль/л; V – объем, мл.

Для остальных разбавленных растворов начальную концентрацию получают расчетом, последовательно уменьшая ее вдвое.

4. Через 30 мин отфильтровывают растворы от угля в сухие колбы с теми же номерами, и методом титрования определяют концентрацию шести растворов кислоты после адсорбции. По закону эквивалентов рассчитывают концентрации Ср. Для определения массы поглощенной кислоты достаточно знать объем раствора и концентрацию до и после адсорбции. Тогда количество поглощенной кислоты в 50 мл раствора определяется по формуле

, моль; , моль/г.

5.Экспериментальные и расчетные данные сводят в табл. 9.

 

Т а б л и ц а 9

Конц.  кислоты (С0)., моль/л, до адсорбции VNaOH, мп Конц.  кислоты (Ср)., моль/л, после адсорбции lg Ср X, моль x/m, моль/г lgx/m  
             

 

6. . Для определения величины адсорбции используют уравнение (2.4.1). Постоянные К и  можно определить, графически решив уравнение Фрейндлиха. Прологарифмируем его. После логарифмирования оно преобразуется в уравнение прямой, не проходящей через начало координат (рис. 2.3):

 

 

Строят изотерму адсорбции (рис.2.2) в координатах  и lgCp . Эта прямая проходит под углом к абсциссе и отсекает на ординате отрезок 0К, равный lgK в масштабе оси ординат. Тангенс угла наклона можно выразить как отношение 0К/0В, учитывая масштабы по обеим осям. Графически находят постоянные К и .

 

 

Рис.Л.10.2. Изотерма адсорбции на активированном угле

 

Подставив их в уравнение (2.4.1) для всех значений lgCp , получают значения . Затем, найдя антилогарифмы, определяют  для шести растворов кислоты. Далее вычисляют отклонение , рассчитанное от  экспериментального.

7. Строят изотерму адсорбции на активированном угле (рис.Л.10.2).

Все графики выполняются на миллиметровой бумаге с помощью линейки и карандаша.

8. Отчет оформляется в соответствии с требованиями к оформлению отчетов.

 

 

Лабораторная работа № 11. Адсорбция различных веществ углем

Цель работы: определить удельную поверхность твердогоадсорбента – активированного угля.

 

Приборы:установка для определения поверхностного натяжения методом максимального давления в газовом пузырьке, капилляр, химические стаканчики,конические пронумерованные колбы на 100 мл с пробками, воронки, бумажные фильтры.

 

Реактивы:дистиллированная вода, набор растворов (шесть растворов ПАВ разной концентрации), активированный уголь.

 

Порядок выполнения работы

 

Если известна площадь, занимаемая 1 молем вещества, находящегося на поверхности в виде мономолекулярного слоя (Пм, м2/ моль), а также предельная адсорбция ( , моль/г) для твердого адсорбента, то удельная поверхность адсорбента (м2/г) рассчитывается по формуле:

 

.

 

Площадь одной молекулы определяют, исследуя адсорбцию растворенного вещества (адсорбата) на границе раздела жидкость − газ. 1. На первом этапе для определения поверхностного натяжения используется метод максимального давления пузырька воздуха, который подробно описан в работе № 1 часть 2. Для исследования используют четыре-шесть растворов ПАВ (по заданию преподавателя).

Итогом этой части работы является определение предельной адсорбции и площади, приходящейся на 1 моль адсорбированного вещества (см. работу № 9):

 

Для определения величины предельной адсорбции используют графический метод определения констант в уравнении Ленгмюра (работа № 9).

3. На втором этапе исследуют адсорбцию тех же самых растворов углем. В колбочки с пробкой помещают навески активированного угля (по 2 г), наливают по 25 мл каждого из исследуемых растворов. Колбочки с растворами встряхивают в течение 20 − 30 мин или переливают в специальные пробирки для центрифугирования (следует соблюдать инструкцию по технике безопасности при работе с центрифугой), где выдерживают их 10 − 15 мин.

4. Определяют поверхностное натяжение растворов после адсорбции растворенного вещества углем, по изотерме поверхностного натяжения находят новые концентрации растворов, а по разности – количество растворенного вещества, адсорбированное навеской угля. Количество вещества, адсорбированное 1 г угля, находят по формуле:

 

,

 

где m – навеска угля; V – объем раствора в колбе; C0 – исходная концентрация исследуемого раствора; C – равновесная концентрация после адсорбции.

5. Для определения величины предельной адсорбции также используют графический метод определения констант в уравнении Ленгмюра.

6. Удельная поверхность адсорбента (активированного угля) определяется с помощью соотношения:

 

.

 

7. Все экспериментальные и расчетные данные заносятся в табл. 10, 11.

8.

До адсорбции углем                         Т а б л и ц а 10

Раствор ПАВ, моль/л Р, мм сп.ст. σ, Дж/м2 dσ/dc Г, кмоль/м2 С/Г г кмоль/м2
             

 

 

 После адсорбции углем                  Т а б л и ц а 11

Раствор ПАВ, моль/л Р, мм сп.ст. σ, Дж/м2 dσ/dc Г, кмоль/м2 С/Г Г кмоль/м2
             

 

9. Отчет оформляется в соответствии с требованиями к оформлению отчетов.

 

 

Дата: 2018-11-18, просмотров: 367.