固体在溶液中的吸附
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固体在溶液中的吸附. 杨 朝 霞. 引 言. 处于固体表面的原子,由于周围原子对它的作用力不对称,因而有剩余力场,常常通过吸附气体或溶质,以降低系统能力,这种气体或者溶质分子在固体表现富集的现象,即为固体的吸附作用。本实验以活性炭对醋酸的吸附来研究固体在溶液中的吸附作用。. 一、实验目的. ( 1 )测定活性炭在醋酸水溶液中对醋酸的吸附作用。并由此计算活性炭的比表面。 ( 2 )验证弗罗因德利希( Freundlich )经验公式和兰格缪尔 (Langmuir) 吸附公式。 ( 3 )了解固 - 液界面的分子吸附。. 二、实验原理.

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Presentation Transcript


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固体在溶液中的吸附

杨 朝 霞


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引 言

处于固体表面的原子,由于周围原子对它的作用力不对称,因而有剩余力场,常常通过吸附气体或溶质,以降低系统能力,这种气体或者溶质分子在固体表现富集的现象,即为固体的吸附作用。本实验以活性炭对醋酸的吸附来研究固体在溶液中的吸附作用。


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一、实验目的

  • (1)测定活性炭在醋酸水溶液中对醋酸的吸附作用。并由此计算活性炭的比表面。

  • (2)验证弗罗因德利希(Freundlich)经验公式和兰格缪尔(Langmuir)吸附公式。

  • (3)了解固-液界面的分子吸附。


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二、实验原理

一、固体在稀溶液中对溶质分子的吸附

固体作为吸附剂在溶液中即可以吸附溶质,也可以吸附溶剂,其吸附情况很复杂,迄今还没有一个完整的理论。但由于溶液的吸附又具有重要意义,如:活性炭的脱色、纺织品的染色、土壤中营养物质的吸收等,必须对其进行研究,人们经过长期实践,也总结出一些经验规律。

   固体在溶液中的吸附量是以单位质量的吸附剂吸附溶质的物质的量来表示

Г=

    式中:x---吸附溶质量,mol;m---吸附剂量,g;

这样得出的吸附量通常称为表观式相对吸附量,其数值低于溶质的实际吸附量


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稀溶液中固体的吸附可用到弗罗因德利(Freundlich)和兰格缪尔(Langmuir) 公式。

 1、弗罗因德利希(Freundlich)从吸附量和平衡浓度的关系曲线,得出经验方程:

   以lgГ对lgc作图可得一直线,从直线的斜率和截距可求得n和k。此方程纯系经验方程式,只适用于浓度不太大和不太小的溶液。

 2、兰格缪尔(Langmuir)根据大量实验事实,提出固体对气体的单分子层吸附理论 :

以c/ Г对c作图,得一直线,由这一直线的斜率可求得Г∞,再结合截距可求得常数k。这个k实际上带有吸附和脱附平衡的平衡常数性质,而不同于弗罗因德利希方程式中的k。


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根据Г∞的数值,按照兰格缪尔单分子层吸附的模型,并假定吸附质分子在吸附剂表面上是直立的,则吸附剂的比表面S0可按下式计算得到:

S0为比表面,即每克吸附剂具有的总表面积(米2/克);N0为阿佛加德罗常数(6.02×1023分子/摩尔);α∞为每个吸附分子的横截面积

二、影响固体在溶液吸附的因素

  固体自稀溶液吸附受很多因素影响,一般在固定其它因素的条件下研究某一因素对吸附的影响.

 1、溶质、溶剂、吸附剂三者的性质(极性的影响)

 2、溶解度的影响

 3、温度的影响


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三、实验仪器及试剂

1、仪器

HY-4型调速多用振荡器(江苏金坛)、(带塞)锥形瓶(125mL)7只、移液管(25mL、5mL、10 mL)各1支、洗耳球1支,碱式滴定管1支,温度计一支,天平一台,称量瓶

2、试剂

NaOH标准溶液(0.1mol·L-1)、醋酸标准溶液(0.4 mol·L-1)、活性炭 ,酚酞指示剂


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四、实验步骤

  • (1)、准备6个干的编好号的125 mL锥形瓶(带塞)。按记录表格中所规定的浓度配制50 mL醋酸溶液,注意随时盖好瓶塞,以防醋酸挥发。

  • (2)、将120度下烘干的活性炭(本实验不宜用骨炭)装在称量瓶中,瓶里放上小勺,用差减法称取活性炭各约1g(准确到0。001g)放于锥形瓶中。塞好瓶塞,在振荡器上振荡半小时,或在不时用手摇动下放置1小时。

  • (3)、使用颗粒活性炭时,可直接从锥形瓶里取样分析。如果是粉状性活性炭,则应过滤,弃去最初10ml滤液。按记录表规定的体积取样,用0.1M标准碱溶液滴定。

  • (4)、活性炭吸附醋酸是可逆吸附。使用过的活性炭可用蒸馏水浸泡数次,烘干后回收利用。


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五、注意事项

  • 温度及气压不同,得出的吸附常数不同

  • 使用的仪器干燥无水;注意密闭,防止与空气接触影响活性炭对醋酸的吸附

  • 称量活性炭要迅速,以免活性炭吸潮

  • 滴定时注意观察终点的到达

  • 在浓的HAc溶液中,应该在操作过程中防止HAc的挥发,以免引起结果较大的误差。

  • 本实验溶液配制用不含C02的蒸馏水进行。


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六、实验记录与数据处理

  • 按教材中表格记录数据

  • (1)、由平衡浓度c及初始浓度c0 计算吸附量:

  • (2)、作吸附量Г对平衡浓度c的等温线。

  • (3)、以lgГ对lgc作图,从所得直线的斜率和截距可求得常数n和k

  • (4)、计算c/ Г ,作c/ Г —c图,由图求得Г∞,将Г∞值用虚线作一水平线在Г—c图上。这一虚线即是吸附量Г的渐近线。

  • (5)、由Г∞计算活性炭的比表面


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七、思考题

  • (1)、吸附作用与哪些因素有关?固体吸附剂吸附气体或从溶液中吸附溶质有何不同?

  • (2)、试比较弗罗因德利希吸附等温式与兰缪尔吸附等温式的优缺点。

  • (3)、如何加快吸附平衡的到达?如何判定平衡已经到达?

  • (4)、讨论本实验中引入误差的主要因素。


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