Исследование адсорбции на поверхности твердых адсорбентов в разных условиях

 

Анализ  исследования:

1. Рассчитываем концентрацию уксусной кислоты после адсорбции по формуле:     (2)

Величину  адсорбции уксусной кислоты на поверхности  твердых адсорбентов определяем по следующей формуле:   .                                           

Определение величины адсорбции  в зависимости  от температуры.

Методика  исследования влияния температуры  на адсорбцию.

Цель  работы:

4. Наблюдать адсорбцию на границе жидкой и твердой фаз.
5. Построить график зависимости адсорбции от температуры.
6. Выявить эффективность разных адсорбентов при изменении температуры.

Оборудование  и реактивы:

 Шесть колб на 250 мл с корковыми пробками; шесть конических колб на 150 мл; пипетка на 50 мл; пипетка на 25 мл; пипетка на 10 мл; пипетка на 5 мл; бюретка на 50 мл с делениями в 0,1 мл; шесть воронок для фильтрования; водяная баня; термометр; фильтровальная бумага; активированный уголь, смекта, глина; растворы 2 М СН₃СООН; 0,1 М NaOH, фенолфталеина (индикатор); этиловый спирт.

Описание  работы:

1. Приготовляют в колбах раствор  уксусной кислоты следующей концентрации 0.012; и спирта 18 %. Концентрацию уксусной кислоты определяют титрованием NaOH   (индикатор — фенолфталеин), концентрацию спирта определяют при помощи ареометра, до и после адсорбции.
2. Титрованием раствора уксусной кислоты до добавления адсорбента определяют ее первоначальную концентрацию С₀ в пересчете на миллилитры 0,1 М раствора гидроксида натрия, а титрованием    фильтрата — ее концентрацию С после адсорбции:

   (1)

3. В две колбы с уксусной кислотой (40 мл) вносят 1.2 г активированного угля и 1.2 г смекты. Закрывают колбы корковыми пробками  и на водяной бане нагревают до 25⁰С, тщательно при этом взбалтывая колбы в течение  10 мин. Отфильтровывают отдельно содержимое каждой колбы через бумажные фильтры. Далее все повторяют, но нагревают, уже до 30⁰С и до 40⁰ С. После нагревания отобрав из фильтратов пробы пипеткой в таких же количествах, какие были взяты для  первоначального  титрования (25 мл), определяют титрованием концентрацию   уксусной   кислоты.
4. Для определения величины адсорбции спирта используем ареометр.

В две  колбы с этиловым спиртом вносят по 1.2 г активированного угля и  смекты. Закрывают колбы корковыми пробками  и на водяной бане нагревают до 25⁰ С, тщательно при этом взбалтывая колбы в течение 10 мин. Отфильтровывают отдельно содержимое каждой колбы через бумажные фильтры. Далее все повторяют, но нагревают уже до 30⁰ С и до 40⁰ С.

5. Определяют величину адсорбции с увеличением температуры.

     Анализ исследования:

2. Рассчитываем концентрацию уксусной кислоты после адсорбции по формуле:       (2)

Данные  заносим в таблицу.

3. Определяем концентрацию спирта при помощи ареометра по плотности.
4. Рассчитываем величину адсорбции уксусной кислоты и этилового спирта по формуле:    .

 

Данные  заносим в таблицу и строим график изменения адсорбции от температуры  и концентрации. 

Приложение 3.

Нами  предлагается серия домашних опытов по теме « Адсорбция», которые будут  способствовать развитию интереса к  предмету и помогут учащимся более  осознано усваивать основы научных  знаний.

С физико-химическим явлением, о котором сейчас пойдет речь, знаком, наверное, каждый, хотя, может быть, не все знают, что оно называется адсорбцией. Если даже вы и не проходили адсорбцию на уроках, наблюдали вы ее неоднократно.  Как только вы сажаете    кляксу на бумагу или, что гораздо хуже на одежду так сразу и знакомитесь с этим явлением.  Когда поверхность одного вещества   (бумаги,   ткани   и   т.   д.)   поглощает  частицы   другого вещества  (чернил и проч.), это и есть адсорбция.

Очень хороший адсорбент — уголь. Причем не каменный, а древесный, и не просто древесный, а активный.

Опыт 1.

Приготовьте  раствор чернил любого цвета и налейте в пробирку, но не доверху. Положите в пробирку таблетку активированного угля закроите пальцем и встряхните, как следует. Раствор посветлеет на глазах. Поменяйте раствор на какой-либо другой, но тоже окрашенный — пусть это будет разбавленная гуашь или акварель. Эффект окажется таким же. А если взять просто кусочки древесного угля, то они будут поглощать краситель значительно слабее.

Активный уголь отличаются тем, что у него гораздо большая поверхность. Его частицы буквально пронизаны порами (для этого уголь особым способом обрабатывают). Адсорбенты способны поглощать вещества не только из растворов.

Опыт 2.

Возьмите  пол-литровую стеклянную банку и капните туда каплю одеколона или другого пахучего вещества. Обхватите банку ладонями и подержите ее так с полминуты, чтобы немного нагреть пахучую жидкость — тогда она будет быстрее испаряться и сильнее пахнуть. Каким бы ни был запах, вы его, конечно, почувствуете явственно. Теперь положите в склянку немного активного угля, закройте ее плотно крышкой и оставьте на несколько минут. Снимите крышку и направьте воздух к себе взмахами ладони. Запах исчез. Он поглотился адсорбентом, или, точнее, поглотились молекулы летучего вещества, которое вы поместили в банку.

Не обязательно  брать для этих опытов активный уголь.   Есть   много   других   веществ,   которые   могут служить адсорбентами: туф, сухая размолотая глина,  промокательная бумага. Словом, самые разные вещества, но обязательно с развитой   поверхностью.

В том  числе и некоторые пищевые  продукты — наверное, знаете, как легко хлеб впитывает посторонние запахи. Недаром пшеничный хлеб не советуют держать в одной упаковке с ржаным — их запахи смешиваются, и каждый теряет свои особый, только ему присущий аромат.

Очень хороший адсорбент — воздушная  кукуруза, или кукурузные палочки, столь  любимые многими из нас. Конечно, тратить на опыт пакет или даже четверть пакета нет смысла, но несколько штук. Попробуем.

Опыт 3.

Предыдущий  опыт с пахучими веществами повторите в присутствии кукурузных палочек — и запах совершенно исчезнет. Конечно, после опыта есть палочки уже нельзя.

Опыт 4.

Вернемся  к опыту с получением диоксида углерода (углекислого газа). Заполните этим газом две пробирки, причем в одну положите кукурузные палочки и встряхните несколько раз. Далее, как и прежде, проделайте опыт с известковой водой (можно просто «наливать» в нее газ из пробирок — он  тяжелее воздуха). Будет ли разница в поведении известковой воды? Да, будет. Жидкость станет мутной только в том стакане, в который «вылили» газ, не обработанный адсорбентом. А из другой пробирки, той, где были кукурузные палочки, диоксида углерода не извлечь: его поглотил адсорбент.

В сосуд  с окрашенным газом поместите  адсорбент, встряхните несколько раз — и окраска, ее не исчезнет совсем, то заметно ослабеет.

Сейчас  на многих кухнях над газовыми плитами  ставят разнообразные устройства для  очистки воздуха от чада и дыма. В таких устройствах, помимо прочего, есть патрон с каким-либо адсорбентом, через который прогоняют загрязненный воздух. Что при этом происходит, вы теперь знаете. А когда вся поверхность будет занята посторонними, «впитанными» из воздуха частицами, патрон заменяют свежим.

ля ведь известно, хорошо ли пахнет то вещество, рос в склянке. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Приложение 4. 

Анализ  глины мы проводили на занятиях с  учащимися 10-11 классов в кабинете химии. 

Определение состава местных глин.

Определение в фильтрате ионов Са2+, Mg2+ и  расчет w(CaO) и w(MgO)

цинка в присутствии индикатора ксиленолового оранжевого. Ионы щелочно-земельных металлов определению не мешают.   присутствии

 Из  кислого раствора (фильтрата), полученного после разложения глины, аммиаком осаждали ионы Fe^3+, Al³⁺ и Ti⁴⁺ в  виде гидроксидов. 

Их аморфные осадки легко пептизируются, поэтому для увеличения размера частиц осаждение проводят при нагревании. Этому способствуют электролиты - коагулянты NH₄C1 и NН₄NОз, которые образуются в процессе осаждения. Прокаливание осадков лучше проводить при возможно более высокой температуре (1000-1200 ^ОС), так как в этих из кислого раствора (фильтрата), полученного после разложения глины, аммиаком осаждали ионы Fe^3+, Al³⁺ и Ti⁴⁺ в  виде гидроксидов, в этих условиях образуется негигроскопичный оксид алюминия. Массу осадка определяли взвешиванием на технохимических весах с точностью до 0,01 г.

Чтобы сделать вывод о наличии в  исследуемой породе титана, сравнивали суммарную массовую долю оксидов Al₂Оз, Fе₂0з и ТiО₂  с суммой массовых долей Al₂Оз и Fе₂0з, полученных комплексонометрическим методом. Если w(А1₂0з + Fе20з + Тi02) превышает сумму w(Al₂Оз) и w(Fе₂0з), то в образце глины присутствует титан. Более точно его содержание можно определить колориметрическим методом с пероксидом водорода.

После отделения смеси гидроксидов в новом фильтрате определяли концентрацию ионов Са2+ и Mg2+ титрованием трилоном Б  в присутствии

индикаторов - кислотного хрома черного  и  мурексида. Сначала определяли суммарное количество этих ионов, затем – содержание ионов кальция, которые образуют с мурексидом в щелочной области комплекс красного цвета. При титровании этот комплекс разрушается, ионы Са²⁺ связываются трилоном Б в более прочный комплекс и мурексид окрашивает раствор в фиолетовый цвет. Содержание ионов Mg2+ находили расчетным способом.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 

Реактивы: смесь минеральных кислот к 100 мл воды при перемешивании прибавляют 45 мл H₂S0₄ (р = 1,84 г/мл), после охлаждения приливают 53,5 мл НС1 (р = 1,19 г/мл) и 4,5 мл НNОз (р = 1,4 г/мл)j раствор сульфосалициловой кислоты (w = 25 %); раствор трилона Б (е = 0,05 моль/л); раствор аммиака (w = 10 %); ацетатный буферный раствор(рН = 5,4) - к 60 мл раствора СНзСООН(е = 1 моль/л) прибавляют 50 мл раствора NaOH (е = 1 МОЛЬ/Л), водный раствор ксиленолового оранжевого

(w = 0,5 %); растворZnC1₂ (ZnS0₄) (е = 0,05 моль/л); растворNН₄NОз (w = 2 %); аммиачный буферный раствор - 10 мл 20 %-ного раствора NH₄C1 смешивают с 10 мл 20 %-ного раствора аммиака и разбавляют водой до 100 мл; кислотный хром черный и мурексид - 1 %-ная смесь индикатора с твердым NaC1; раство NaOH (е = 2 моль/л); универсальная индикаторная бумага.

Оборудование: фарфоровая чашка d = 8 см, мерные цилиндры на 50 и 100 мл, мерная колба на 500 мл, колбы для титрования вместимостью 200 мл, бюретки, фарфоровый тигель, тигельные щипцы, электроплитка, сушильный шкаф, муфельная печь, обеззоленные фильтры.

Разложение  глины и определение содержания Si0₂

Навеску измельченной и высушенной при 105-110 ⁰ С, глины массой 1-2 г помещали в фарфоровую чашку и приливали 30 мл смеси кислот. Смесь выпаривали на электроплитке в течение 15 мин до объема 5-10 мл (под тягой).

Под действием  кислот происходит растворение глинистых минералов с образованием солей. Красная окраска глины исчезает, и раствор приобретает зеленоватый цвет. В осадке остаются кремниевые кислоты, которые при нагревании разлагаются на оксид кремния и воду.

Чашку с раствором и осадком охлаждали, добавляли в нее 50 мл воды, перемешивали содержимое и нагревали 10мин при 80-90 ⁰С до полного растворения образовавшихся солей. Горячий раствор с осадком сливали при помощи стеклянной палочки на обеззоленный фильтр, фильтрат собирали в мерную колбу и доливали водой дометки. Осадок на фильтре промывали горячей водой, высушивали, помещали во взвешенный тигель, озоляли и прокаливали в муфельной печи при 900 ⁰ С  до постоянной массы. Исходя из массы прокаленного осадка и массы глины, вычисляли массовую долю Si0₂.

Определение ионов Fе^З+ и содержания Fе₂Оз

В отдельной  порции фильтрата обнаруживали ионы Fe³⁺ действием желтой кровяной соли K4[Fe(CN₎₆]или роданида калия KSCN по характерному окрашиванию: