Поверхностные явления. Адсорбция (задача №1) Пример решения вариант №3

Определите адсорбцию уксусной кислоты на угле, если к 50 мл раствора кислоты добавили 2 г угля, а на титрование 20 мл раствора израсходовано раствора гидроксида натрия до адсорбции 2,6 мл, а после адсорбции 0,6 мл, а концентрация NaOH равна 0,1 моль/л.

Решение:

С(СН₃СООН)∙V(СН₃СООН) = С(NaOH)∙V(NaOH)

Отсюда

20 мл∙С⁰₁ = 2,6 мл∙0,1моль/л

20 мл∙С_{1 кон} = 0,6 мл∙0,1моль/л

ΔС₁ = С⁰₁ - С_{1 кон} = 0,013 – 0,003 = 0,01 моль/л

m (СН₃СООН) = ΔС₁·V = 0,01·0,05 = 5∙10^-4 моль

Ответ: Г = 2,5∙10^-4 моль/г

Пример решения вариант №19

Рассчитайте поверхностный избыток и его знак для 20 % раствора серной кислоты при 18 °С, если поверхностное натяжение раствора равно 75,2·10^-3 Н/м, а воды 73,05·10^­-3 Н/м. Плотность раствора серной кислоты 1143 кг/см³.

Решение:

Пусть дано 100 г кислоты, тогда:

В 100 г – 20 г H₂SO₄ M (H₂SO₄) =98 г/моль

0,2 моль --- 87,5 мл

X --- 1000 мл

X = 2,285 моль/л = 228,5 моль/м³

.

Ответ: Г = -8,88∙10^-6 моль/м²

Поверхностные явления. Адсорбция (задача №2)

1.При исследовании адсорбции уксусной кислоты на угле из водных растворов объемом 200 мл. получены результаты:

m (угля), г	3,96	3,94	4,00	4,12	4,04
исходная С(СН3СООН), моль/м3	503	252,2	126,0	62,8	31,4
равновесная С(СН3СООН), моль/м3	434	202	89,96	34,7	11,3

Графически найдите константы уравнения Фрейндлиха, а расчетным путем константу b и величину Г_∞ в уравнении Ленгмюра.

2.На основании данных адсорбции бензойной кислоты из бензола на угле при 25°С определите графическим методом константы b и 1/п в уравнении Фрейндлиха и константу Г_∞ в уравнении Ленгмюра.

Равновесная молярная концентрация, моль/л	0,006	0,025	0,059	0,118
Г, моль/кг	0,44	0,78	1,04	1,44

3.В таблице ниже приведены экспериментальные данные по адсорбции криптона на силикагеле при температуре жидкого азота 77,8 К. Вычислите удельную площадь поверхности образца по методу БЭТ, приняв посадочную площадку криптона 21,5 А².

P/PS	0,00058	0,0109	0,089	0,209	0,249	0,335
Г, мкмоль/г	66	182	357	482	515	573

4.При 273 К и соответствующем давлении 1 кг активированного угля адсор­бирует следующую массу азота:

Р·10-3, Па	0,524	7,495
m(N2)·103, кг	1,234	12,866

Определить константу b и Г_∞, уравнения Ленгмюра.

5. Для адсорбции азота на рутиле получены экспериментальные данные при 75 К:

Р·10-2	60,94	116,41	169,84	218,65	272,25
Г, моль/кг	0,367	0,417	0,467	0,512	0,567

Постройте изотерму адсорбции и рассчитайте константу b и Г_∞ в уравнении Ленгмюра.

6.Рассчитайте константы k и 1/п в уравнении Фрейндлиха графическим методом для адсорбции уксусной кислоты животным углем при 25 °С на основе следующих опытных данных:

Равновесная молярная концентра­ция СН3СООН, моль/л	0,018	0,126	0,268	0,471	2,785
Г, моль/кг	0,47	1Д1	1,55	2,04	4,27

7. При изучении адсорбции оксида углерода (II) на угле были получены сле­дующие данные:

Р,Па	973	4052	7200	11750
Г, м3/кг	0,00234	0,00784	0,0119	0,0165

Определите графическим методом константы k и 1/п в уравнении Фрейн­длиха.

8.Определите графическим методом константы b и Г_∞ в уравнении Ленгмюра для адсорбции уксусной кислоты из водного раствора животным углем при 25 °С, исходя из следующих данных:

Равновесная молярная концентрация СН3СООН, моль/л	0,031	0,062	0,268	0,822
Г, моль/кг	0,624	1,01	1,91	2,48

9. При изучении адсорбции брома углем из воды были получены следующие данные:

Равновесная молярная концентрация (Вг2), моль/л	0,00259	0,00659	0,01708	0,029975
Г, моль/кг	3,10	4,27	5,44	6,8

Определите константы b и Г_∞ в уравнении Ленгмюра графическим методом.

10. Определите константы k и 1/п в уравнении Фрейндлиха графическим методом для адсорбции диоксида углерода на активированном угле при 293 К используя следующие данные:

P·10-3, Па	1,00	4,48	10,00	14,40	25,00	45,20
Г·102, м3/кг	3,23	6,67	9,62	11,72	14,5	17,70

11. При 25°С поверхностное натяжение водных растворов пропиновой кислоты зависит от ее моляльности следующим образом:

С, моль/кг Н2О	0,263	0,837	1,466	3,741
σ, нм/м	60,0	49,0	44,0	36,0

Определить графическим методом константу Г_∞ в уравнении Ленгмюра и найдите площадь, приходящуюся на одну молекулу константы.

12. Ниже приведены результаты измерения адсорбции газообразного криптона (при 77,5 К) на катализаторе:

Р, Па	13,22	23,99	49,13	75,70	91,22
Г·103, м3/кг	1,27	1,5	1,76	1,9	1,98

Значение Г даны для криптона при нормальных условиях. Рассчитайте графическим методом постоянные уравнения БЭТ и удельную поверхность ка­тализатора, принимая, что один атом криптона занимает площадь 0,195 нм², Р_S=342,6 Па.

13. Ниже приведены результаты измерения адсорбции азота:

P/PS, Па	0,1	0,2	0,3	0,4
Г·103, м3/кг	0,71	0,81	0,93	1,09

Значения Г даны для азота при нормальных условиях. Рассчитайте графическим методом постоянные уравнения БЭТ и удельную поверхность адсор­бента, принимая, что площадь, занимаемая молекулой азота в плотном моно­слое равна 0,16 нм².

14. При измерении адсорбции газообразного азота на активном угле при 194,4 К были получены следующие данные:

Р·10-3, Па	1,86	6,12	17,96	33,65	68,89
Г·103, м3/кг	5,06	14,27	23,61	32,56	40,83

Значения Г даны для азота при нормальных условиях. Рассчитайте постоянные b и Г_∞ в уравнении Ленгмюра графическим методом и удельную поверх­ность активного угля, если площадь, занимаемая одной молекулой азота на поверхности адсорбента равна 0,16 нм².

15. По результатам измерений поверхностного натяжения растворов н-бутилового спирта в воде при 12,0 °С в зависимости от концентрации (таблица внизу, концентрация С в ммоль/л, поверхностное натяжение σ в мН/м) найдите предельную адсорбцию спирта Г_∞ графическим методом, и вычис­лите площадь, занимаемую 1 молекулой спирта в насыщенном адсорбционном слое в предположении мономолекулярной адсорбции.

С, ммоль/л		0	3,2	6,4	8,5		16,9		26,0	51,0	67,5	135		203
σ, мН/м		74,2	73,0	72,0	71,3		70,1		68,3	63,1	60,7	53,8		48,9
16. В результате изучения адсорбции аргона на активированном угле при 78,5 °С были получены следующие экспериментальные данные:
	Р, мм рт.ст.			19		24		54,2		98,4	129
	Г, см3/г			3,77		5,09		10,02		15,56	18,81

Рассчитайте постоянные b и Г_∞ в уравнении Ленгмюра и удельную поверх­ность адсорбента, если площадь, занимаемая одной молекулой аргона равна 0,144 нм².

17. Ниже приведены данные адсорбции СО на угле при 273 К. Найдите константы уравнения Ленгмюра и объем, соответствующий полному покрытию поверхности.

Р, мм рт.ст.	100	200	300	400	500	600	700
V,см3	10,2	18,6	25,5	31,4	36,9	41,6	46,1

18. Окись углерода адсорбируется на слюде: данные при 90 К представлены ниже. Определить по изотерме Ленгмюра площадь, занимаемую каждой ад­сорбированной молекулой в монослое, если общая поверхность адсорбента равна 6,2·10³ см².

Р, мм рт.ст.	100	200	300	400	500	600
V,cm3	0,130	0,150	0,162	0,166	0,175	0,180

19. По результатам изменений поверхностного натяжения растворов н-гексилового спирта в воде при 12,0 °С в зависимости от концентрации (таблица внизу) найдите предельную адсорбцию спирта Г_∞ графическим методом, и вычислите площадь, занимаемую 1 молекулой спирта в насыщенном адсорбционном слое.

С, ммоль/л	0	0,62	0,81	1,25	1,72	2,50	3,43	4,90	6,86	9,80
σ, мН/м	74,2	71,9	71,7	70,3	68,5	66,3	64,8	60,8	57,9	54,8

20. Удельная поверхность непористой сажи равна 73,7 м²/кг.

Рассчитайте площадь, занимаемую молекулой бензола в плотном монослое,

исходя из данных об адсорбции бензола на этом адсорбенте при 293 К:

Р, Па	1,03	1,29	1,74	2,50	6,67
Г·102 , моль/кг	1,57	1,94	2,55	3,51	7,58

Предполагается, что изотерма адсорбции описывается уравнением Лен­гмюра.

21. По экспериментальным данным адсорбции СО₂ на активированном угле определите константы уравнения Ленгмюра, пользуясь которыми рассчитать и построить кривую адсорбции:

Равновесное давление Р·10-2, Па	9,9	49,7	99,8	200	297	399
Адсорбция Г·103, м3 /кг	32	70	91	102	107	108

22. По нижеприведенным результатам адсорбции спирта на активированном угле при 20 °С составьте уравнение изотермы адсорбции и определите удельную поверхность угля:

С, моль/м3	0,94	1,83	3,10	5,60
Г, моль/кг	0,61	1,21	1,76	2,65

Площадь поперечного сечения молекул амилового спирта принять равной 1,6·10^-19 м².

23. Используя уравнения БЭТ, рассчитайте удельную поверхность адсорбента по изотерме адсорбции азота:

P/PS	0,0288	0,050	0,110	0,136	0,175
Г, моль/кг	2,16	2,39	2,86	3,02	3,22

Площадь, занимаемая одной молекулой азота в адсорбционном слое, равна 0,16 нм².

24. Ниже приведены экспериментальные данные по адсорбции азота на рутиле (TiO₂) при 75 К:

Р·10-2 ,Па	60,94	116,41	169,84	218,65	272,25
Г, моль/кг	0,367	0,417	0,467	0,512	0,567

Построить график соответствующий линейному уравнению БЭТ. Рассчитайте удельную поверхность адсорбента. Давление насыщенного пара азота, при указанной температуре P_s = 78,3·10⁵ Па, площадь занимаемая одной молеку­лой азота S₀ = 0,16 нм².

25. При изучении адсорбции ацетона древесным активированным углем при 20 °С были получены следующие данные.

С, моль/л	2,34	14,65	88,62	177,69	268,97
Кол-во ацетона, адсорбируемое 1 г угля, ммоль	0,208	0,618	1,50	2,08	2,88

Графически определите постоянные в уравнении изотермы адсорбции Фрейндлиха и рассчитайте количество ацетона, адсорбируемое 1 г угля при равновесной концентрации ацетона 125 ммоль/л.

26. По результатам измерений поверхностного натяжения растворов н-амилового спирта в воде при 39 °С в зависимости от концентрации (табли­ца внизу) найдите предельную адсорбцию спирта Г_∞ графическим методом, и вычислите площадь, занимаемую одной молекулой спирта в насыщенном адсорбционном слое в предположении мономолекулярной адсорбции.

С, ммоль/л	0	1,25	2,50	3,70	4,90	7,40	9,8	14,7	19,6	29,4
σ, мН/м	72,1	69,5	66,6	63,4	61,2	57,1	52,9	47,8	44,5	39,6

27. Методом БЭТ вычислите удельную поверхность адсорбента по изотерме адсорбции бензола на его поверхности. Площадь, занимаемая молекулой бензола равна 49·10^-20 м².

P/Ps	0,024	0,08	0,14	0,2	0,27	0,35	0,46
Г·103, моль/кг	14,9	34,8	47,2	56,8	66,3	79,3	101

28. По результатам измерений поверхностного натяжения растворов н-октилового спирта в воде при 39 °С в зависимости от концентрации найди­те предельную адсорбцию спирта Г_∞ графическим методом, и вычислите площадь, занимаемую 1 молекулой спирта в насыщенном адсорбционном слое в предположении мономолекулярной адсорбции.

С, ммоль/л	0	0,14	0,29	0,38	0,58	0,77	1,16	1,54	2,31
σ, мН/м	70,1	68,9	65,9	62,8	61,0	55,8	51,1	45,9	40,5

29. По экспериментальным данным об адсорбции СО₂ на активированном угле определите константы уравнения Ленгмюра, а также постройте график изотермы адсорбции. (В таблице: р - давление, т - масса СО₂, адсорбированного единицей массы угля).

Р·10-2, Па	10,0	30,0	75,0	100,0	200,0
m·103, г/г	112,0	152,0	174,0	178,0	188,0

30. Следующая ниже таблица показывает зависимость поверхностного натяжения раствора н-гексилового спирта в воде от концентрации при 39 °С

С, ммоль/л	0	1,85	2,50	3,70	4,90	7,40	9,80	14,7	19,6	29,4
σ, мН/м	70,1	66,8	65,1	62,5	60,4	56,8	53,3	49,3	45,4	38,7

Найдите предельную адсорбцию спирта Г_∞ графическим методом, и вычислите площадь, занимаемую 1 молекулой спирта в насыщенном адсорбцион­ном слое в предположении мономолекулярной адсорбции.