Адсорбция уксусной кислоты почвой

Концентрация уксусной кислоты

X кол-во м-экв. СН₃СООН, адсорбир. 100 г почвы

С равновесная конц. СН₃СООН

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Цель работы

На примере адсорбции уксусной кислоты почвой познакомиться с явлением адсорбции, определить графическим методом константы в уравнении Фрейндлиха.

Теоретическая часть

Адсорбция – это явление самопроизвольного концентрирования вещества на границе раздела фаз. Вещество, которое поглощает другое называется адсорбентом, а то, которое поглощается – адсорбтивом.

Различают адсорбцию молекулярную и ионную. В первом случае адсорбент поглощает молекулы адсорбтива, а во втором – ионы. Почвам присуща молекулярная и ионная адсорбции.

Количество адсорбированного вещества зависит от природы адсорбента и адсорбтива, от концентрации адсорбируемого вещества и температуры. Количество адсорбированного вещества определяют при постоянной температуре, вычисляют по разности концентрации адсорбтива до взаимодействия и после взаимодействия с адсорбентом. Зависимость между количеством адсорбированного вещества и равновесной концентрацией раствора при постоянной температуре, выраженная графически или в виде уравнения, называется изотермой адсорбции. Адсорбция процесс обратимый, т.е. для неё характерно динамическое равновесие между процессом адсорбции и противоположным ей процессом десорбции.

Зависимость между количеством вещества, адсорбированного единицей поверхности адсорбента Г и равновесной концентрацией раствора С выражается уравнением Ленгмюра, выведенным на основании закона действующих масс:

(1)

где Г – количество вещества, адсорбированного единицей поверхности адсорбента, Г∞ – максимальное количество вещества, адсорбированного единицей поверхности адсорбента, К – константа адсорбции, С – равновесная концентрация адсорбтива.

Изотерма, описываемая уравнением Ленгмюра, представляет собой гиперболу (рисунок 4)

Рисунок 4. Изотерма адсорбции по Ленгмюру

Для некоторых адсорбентов применяется эмпирическое уравнение Фрейндлиха:

(2)

где Х – количество вещества, адсорбированное единицей поверхности адсорбента, С – равновесная концентрация, К и n – константы для данного адсорбционного процесса.

Изотерма, описываемая уравнением Фрейндлиха, имеет вид параболы (рис.7).

Уравнение Фрейндлиха справедливо в интервале средних концентраций. В области больших концентраций это уравнение не подтверждается опытными данными.

На практике обычно количество адсорбированного вещества относят к единице массы при допущении, что поверхность адсорбента пропорциональна его массе.

Рисунок 5. Изотерма адсорбции по Фрейндлиху

Экспериментальная часть

Оборудование и реактивы

Для выполнения работы требуется следующее оборудование и реактивы:

1) конические колбы на 250 мл и 100 мл,

2) мерный цилиндр на 25 мл,

3) воронка для фильтрования,

4) фильтр «белая лента»,

5) бюретка для титрования на 25 мл,

6) штатив с лапкой,

7)пипетка градуированная на 10 мл,

8) 0,2н, 0,1н, 0,05н, 0,025н, 0,0125н растворы СН3СООН,

9) 0,100 н. раствор гидроксида натрия (NaОH),

10) раствор индикатора крезол-рот,

11)почва (навески по 10 г).

Методика выполнения работы

Задание 1. Определение количества уксусной кислоты, адсорбированного почвой при различных условиях

Взвешивают на лабораторных технических весах пять навесок почвы по 10 г и количественно переносят их в чистые, сухие, пронумерованные колбы. В каждую колбочку с почвой приливают по 3 мл растворов уксусной кислоты соответствующей концентрации. Содержимое колб размешивают от руки, чтобы вся почва смочилась кислотой. Помещают колбы на механическую мешалку и размешивают содержимое в течение 10 минут для установления равновесия между адсорбентом и адсорбтивом. Содержимое колб отфильтровывают в чистые колбы. Фильтрат должен быть совершенно прозрачным. Если он мутный, его необходимо ещё раз профильтровать. Когда весь раствор отфильтруется, фильтрат оставляют для титрования, а фильтры с почвой выбрасывают. Почвенную суспензию в раковину не сливать!

Для определения количества кислоты, адсорбированной почвой при разной концентрации, необходимо оттитровать кислоту до взаимодействия с почвой и после взаимодействия (фильтрат).

Титрование необходимо начинать с кислоты самой низкой концентрации. При этом отпадает необходимость ополаскивания пипетки перед титрованием кислоты следующей более высокой концентрации. В три конические колбочки емкостью 100-150 мл отбирают пипеткой по 20 мл уксусной кислоты. В каждую колбу прибавляют по три капли индикатора крезол-рот и титруют 0,1 н. раствором едкого натра.

Титрование считается законченным, если изменение окраски раствора от жёлтой до малиновой происходит от прибавления одной капли щёлочи и не исчезает в течение одной – двух минут. Отсчитывают по бюретке объём 0,1 н. раствора едкого натра, пошедший на титрование. Полученные результаты записывают в таблицу 4.

Расхождения между результатами титрования параллельных проб не должны превышать ±0,05 мл.

Таблица 4

Результаты титрования исходного и равновесного растворов уксусной кислоты

Концентрация уксусной кислоты	На 20 мл раствора уксусной кислоты пошло 0,1 н. щёлочи
	Исходного раствора		Равновесного раствора
		Среднее		Среднее	V₁-V₂
0,0125 н.
0,025 н.
0,05 н.
0,1 н.
0,2 н.

Точно так же титруют исходную СН₃СООН других концентраций и фильтрат. Закончив титрование, вычисляют V₁ – V₂, X и С, и приступают к построению графиков.

Вычисляют количество СН₃СООН (Х), адсорбированной 100 г почвы по формуле:

где N – нормальность щёлочи,

b – объём титруемого раствора,

m – навеска почвы,

B – объём кислоты, взятой для взаимодействия с почвой.

Вычисления производят до трёх значащих цифр и записывают результат в таблицу 5.

Равновесную концентрацию уксусной кислоты (С) вычисляют по формуле:

Таблица 5

Вычисления

1. Количество СН₃СООН, адсорбированной 100 г почвы

_____________________________________________________________

2.Равновесная концентрация уксусной кислоты

_____________________________________________________________

По полученным данным строят изотерму адсорбции уксусной кислоты почвой. По оси ординат откладывают значения Х, по оси абсцисс – значения С (таблица 5).

На основании полученной кривой решают вопрос о том, каким уравнением описывается данный адсорбционный процесс и приступают к нахождению соответствующих постоянных.

Изотерма по Фрейндлиху

Для нахождения постоянных адсорбции К и приступают к построению изотермы адсорбции в прямолинейной форме. Логарифмируют уравнение Фрейндлиха:

Находят численные значения lgX и lgC с точностью до сотых долей, записывают их в таблицу 5.

По полученным результатам строят график в координатах lgX – lgC (рисунок 6). Отрезок, отсекаемый прямой на оси ординат, равен lgК.

Рисунок 6. Графическое определение постоянных адсорбции уравнения Фрейндлиха

Для нахождения восстанавливают перпендикуляр к оси абсцисс из точки lgC=1 и проводят его до пересечения с прямой. Из точки пересечения опускают перпендикуляр на ось ординат и находят значение lgX.

Изотерма по Ленгмюру

Для определения постоянных величин в уравнении Ленгмюра (Г∞ и К) необходимо его преобразовать в уравнение прямой. Для этого следует разделить единицу на обе части уравнения и построить график в координатах по оси ординат и по оси абсцисс (рисунок 7).

Рисунок 7. Графическое определение постоянных адсорбции уравнения Ленгмюра

Если экспериментальные точки не все ложатся на прямую, тогда её проводят так, чтобы несовпадающие с прямой точки располагались примерно на одинаковом расстоянии от прямой по обе стороны. Отрезок, отсекаемый прямой на оси ординат, равен , а тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс . Зная Г∞, можно вычислить другую константу – К. Все результаты записывают в таблицу 6.

Таблица 6

Концентрация уксусной кислоты	С равнов.	Г	К	Г∞
0,0125 н.
0,025 н.
0,05 н.
0,1 н.
0,2 н.

Испᴏльзуя численные значения пᴏстоянных, записывают найденное уравнение для данного адсорбционного процесса.

Сделать вывод о зависимости между количеством адсорбированной кислоты единицей массы адсорбента и равновесной концентрацией адсорбтива:

_____________________________________________________________

Вопросы для контроля

1.Адсорбция, основные понятия и определения. Количественные способы выражения величины адсорбции.

2. Физическая и химическая адсорбция.

3. Теория мономолекулярной адсорбции Лэнгмюра. Основные положения.

4.Эмпирическое уравнение адсорбции Фрейндлиха. Расчет констант в уравнении Фрейндлиха.

5. Теория полимолекулярной адсорбции Поляни. Основные положения.

6. Теория адсорбции БЭТ. Основные положения. Уравнение полимолекулярной адсорбции БЭТ.

Вывод:__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Оценка________________

Подпись преподавателя___________________

Дата___________________

Учебное издание

Дата: 2019-03-05, просмотров: 424.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89