Tài liệu Hấp phụ trong dung dịch trên bề mặt chất hấp phụ rắn

BÀI 10: HẤP PHỤ TRONG DUNG DỊCH TRÊN BỀ MẶT CHẤT HẤP PHỤ RẮN I. LÝ THUYẾT 1. Mục đích thí nghiệm: Khảo sát sự hấp phụ CH3COOH trên than hoạt tính ở nhiệt độ phòng. 2. Nguyên tắc: Hấp phụ là danh từ dùng để mô tả hiện tượng trong đó có một chất nào đó ( dưới dạng phân tử, hay ion) có khuynh hướng tập hợp trung chất chứa trên bề mặt pha. Ở đây ít nhất có 2 cấu tử: dung môi chất tan và chất tan. Cấu tử nào đó hấp phụ và cạnh tranh nhau các vị trí trên bề mặt . Trong hấp phụ các chất trên bề mặt chất hấp phụ rắn nguyên nhân chủ yếu của sự hấp phụ là do năng lượng dư bề mặt ranh giới phân chia pha rắn – khí – hay lỏng . Các lực tương tác trong bề mặt hấp phụ này có thể là các lực Van der Waals hay lực gây nên do tương tác hóa học .hay có thể do 2 loại tương tác trên. Lượng chất bị hấp phụ tùy thuộc vào các yếu tố : - Bản chất của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ - Nồng độ chất tan - Nhiệt độ …… Thí nghiệm được thực hiện ở nhiệt độ không đổi , do đó có thể đo được một số mol chất bị hấp phụ trên 1g chất hấp phụ rắn (a) ở các nồng độ chất tan khác nhau (C) đường biểu diễn a =f(C) được gọi là đường đẳng nhiệt hấp phụ . Độ hấp phụ a (mol/g) lên bề mặt than có thể được tính từ công thức : a= C 0−C m V .10-3 trong đó : C0 , C (mol) là nồng độ đầu và nồng độ tại cân bằng hấp phụ của dung dịch V (ml) thể tích dung dịch trong đó sảy ra hấp phụ m (g) lượng chất hấp phụ Để đo độ hấp phụ , cho vào các bình thể tích dung dịch V như nhau nhưng nồng độ phải khác nhau CH3COOH với khối lượng m chính xác của chất hấp phụ . Xác định nồng độ chất tan trước khi hấp phụ C0 và nồng độ sau khi cân bằng C . Trong dung dịch bỏ qua sự hấp phụ của dung môi . Từ kết quả thực nghiệm ta dựng đồ thị a= f(C). Một số phương trình thực nghiệm và lý thuyết đã được sử dụng để biểu thị các đường đẳng nhiệt hấp phụ : Phương trình Feundlich: là phương trình thực nghiệm cho sự hấp phụ chất khí hay chất hòa tan trong dung dịch, thích hợp ở khoảng nồng độ trung bình a= K C1/n hay: lga = 1/nlgC + lgk trong đó: K, 1/n là những hằng số đồ thị lga = f (lgC) có hệ số góc tg ( α¿ = 1/n với tung độ góc là lgK phương trình Langmuri : là phương trình lyd thuyết cho hấp phụ đơn lớp: ∅= a KC . amax 1+ KC ∅ : độ che phủ bề mặt a max : số mol tối đa bị hấp phụ trên 1g chất rắn sao cho phân tử tạo đơn lớp c a = C 1 + amax K . amax Đồ thị C/a =f(C) là đường thằng có hệ số góc tg tung độ góc α= 1 amax với 1 K . amax Đồ thị dạng đường hấp phụ nhiệt a amax …………………. C Đồ thị thể hiện cách xác định a, K trong phương trình Langmuir c/a 1 K . amax tg α= 1 amax 3. Dụng cụ và hóa chất : - 1pipette 10ml - CH3COOH - 1 buret 25ml -NaOH 0,1M - 6 beaker 100ml -than hoạt tính - Bình định mức 100ml - phenolphatein - 6 erlen 250 ml có nút nhám - Máy lắc - 6 phễu thủy tinh - 6 erlen 100ml 4. Cách tiến hành : - Pha dung dịch CH3COOH 2M pha loãng thành những dung dịch có nồng độ như bảng 10 - Chuẩn độ lại dung dịch ra pha bằng dung dịch NaOh với thuốc thử phenolphatein . Bình 1,2,3 lấy 20ml acid và bình 4,5,6 lấy 10ml acid để chuẩn độ . Mỗi bình chuẩn độ 3 lần . Bảng thể tích dung dịch CH3COOH cần pha : Dd cần 1 2 3 4 5 6 pha Thể tích 200 200 200 200 200 200 (ml) Nồng độ 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.2 (mol/l) - Cân chính xác 3g than hoạt tính đã nghiền nhỏ cho vào mỗi erlen có chứa 100ml dung dịch acid trên lắc kỹ trong 20 phút - Lắng 20 phút rồi lọc qua giấy lọc . - Lấy nước lọc với lượng như lần chuẩn độ trước ở mỗi bình để chuẩn độ bằng NaOH . - Từ hiệu thể tích NaOH 0,1M giữa 2 lần chuẩn độ trước và sau khi hấp phụ có thể có tính được lượng acid đã hấp phụ bởi m (g) than hoạt tính trong 100ml dung dịch từng bình . II. BÁO CÁO THÍ NGHIỆM 1. Kết quả thí nghiệm: Xác định nồng độ dung dịch CH3COOH sau khi pha. Erlen V (ml) VNaOH(ml) CCH3COOH 1 20 5.5 0.03 2 20 11.5 0.06 3 20 14.4 0.09 4 20 16.8 0.12 5 20 17.6 0.15 6 20 18.5 0.2 2. Xác định nồng độ dung dịch CH3COOH sau khi hấp phụ : Erlen V (ml) VNaOH(ml) CCH3COOH 1 20 6.5 0.0225 2 20 12.5 0.058 3 20 15.5 0.089 4 20 17.5 0.117 5 20 18 0.147 6 20 20.5 0.197 3. Vẽ đồ thị đường thẳng đẳng nhiệt hấp phụ a=f( C ) : Erlen C0 C(mol/l) 1 2 0.03 0.06 0.0225 0.058 3 0.09 0.089 4 0.12 0.117 5 0.15 0.147 6 0.2 0.197 a= C 0−C V m 2,5.10- 4,7. 10- 6,9. 10- 7,8. 10- 8,3. 10- 10-4 5 5 5 5 5 .10-3 Đồ thị đường đẳng nhiệt hấp phụ a=f(c) CH3COOH 2500 2000 f(x) = 6056.12x + 814.65 R² = 0.97 1500 a Linear () 1000 500 0 0 0.05 0.1 0.15 C Đồ thị C/a =f(C) 0.2 0.25 Erlen C(ml) a(molg) 1 2 3 4 5 6 0.0225 0.058 0.089 0.117 0.147 0.197 -5 2,5.10 4,7. 10 6,9. 10 7,8. 10 8,3. 10 10-4 c/a 900 5 5 5 5 1234 1289 1500 1771 1970 Đồ thị C/a =f(C) HCl 2500 2000 f(x) = 6056.12x + 814.65 R² = 0.97 C/a 1500 Linear () 1000 500 0 0 0.05 0.1 0.15 a Thếế nào là sự hấếp phụ: 0.2 0.25 - Hấếp phụ là quá trình xảy ra khi một chấết khí hay chấết lỏng b ị hút trến bếề mặt một chấết rắến xốếp . Chấết khí hay hơi được gọi là chấết b ị hấếp phụ - Phấn biệt hấếp phụ vật lý và hấếp phụ hoá học: - Hấếp phụ vật lý thường nhiệt khống lớn , gấền bắềng nhiệt hóa lỏng hay bay hơi của chấết bị hấếp phụ ở điếều kiện hấếp phụ và thường nhỏ hơn 20KJ/mol . - Hấếp phụ hóa học thường nhiệt khá lớn từ 40 – 80KJ/mol , nhiếều khi gấền bắềng nhiệt của phản ứng hóa học  Độ hấếp phụ là lượng chấết bị hấếp phụ tnh theo mol trong một đơn vị diện tch bếề mặt , vật hấếp phụ chính là hàm lượng bếề mặt của chấết bị hấếp phụ : x= nchấết bị hấếp phụ /Schấết hấếp phụ  Đường đẳng nhiệt hấếp phụ là biểu diếễn sự phụ thuộc dung lượng hấếp phụ tại thời điểm cấn bắềng .