固體在溶液中的吸

實(shí)驗(yàn)八十四：固體在溶液中的吸附09級化師盧夢：20094061028朱蔓:20094061010趙行凱：20094061016楊超：20094199046一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）測定活性炭在醋酸水溶液中對醋酸的吸附作用，并由此計(jì)算活性炭的比表面；（2）驗(yàn)證弗羅因德利希（Freundlich）經(jīng)驗(yàn)公式和蘭格繆爾(Langmuir)吸附公式；（3）了解固-液界面的分子吸附。二、實(shí)驗(yàn)原理對于比表面很大的多孔性或高度分散的吸附劑，象活性炭和硅膠等，在溶液中有較強(qiáng)的吸附能力。由于吸附劑表面結(jié)構(gòu)的不同，對不同的吸附質(zhì)有著不同的相互作用，因而吸附劑能夠從混合溶液中有選擇地把某一種溶質(zhì)吸附。根據(jù)這種吸附能力的選擇性，在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用，如糖的脫色提純等1、弗羅因德利希經(jīng)驗(yàn)公式Г通常指每克吸附劑吸附溶質(zhì)的物質(zhì)的量，在恒定溫度下，吸附量與溶液中吸附質(zhì)的平衡濃度有關(guān)，弗羅因德利希（Freundlich）從吸附量和平衡濃度的關(guān)系曲線，得出經(jīng)驗(yàn)方程：（1）(1)式k，n為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，由溫度、溶劑、吸附質(zhì)及吸附劑的性質(zhì)決定（n一般在0.1-0.5之間）。將（1）式取對數(shù)：

lgГ

=lgx/m＝1/nlgc+lgk

以lgГ對lgc作圖可得一直線，從直線的斜率和截距可求得n和k。（1）式純系經(jīng)驗(yàn)方程式，只適用于濃度不太大和不太小的溶液。

吸附溶質(zhì)的物質(zhì)的量吸附劑的質(zhì)量2、蘭格繆爾吸附公式蘭格繆爾(Langmuir)根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)，提出固體對氣體的單分子層吸附理論，認(rèn)為固體表面的吸附作用是單分子層吸附，即吸附劑一旦被吸附質(zhì)占據(jù)之后，就不能再吸附。固體表面是均勻的，各處的吸附能力相同，吸附熱不隨覆蓋程度而變，被吸附在固體表面上的分子，相互之間無作用力；吸附平衡是動態(tài)平衡，并由此導(dǎo)出下列吸附等溫式，在平衡濃度為c時的吸附量Г可用下式表示：

(3)Г∞為飽和吸附量，即表面被吸附質(zhì)鋪滿單分子層時的吸附量。k是常數(shù)，也稱吸附系數(shù)。將(3)式重新整理可得：

=+c(4)以c／Γ對c作圖，得一直線，這個k實(shí)際上帶有吸附和脫附平衡的平衡常數(shù)的性質(zhì)，而不同于弗羅因德利希方程式中的k。

根據(jù)Г∞的數(shù)值，按照蘭格繆爾單分子層吸附的模型，并假定吸附質(zhì)分子在吸附劑表面上是直立的，每個醋酸分子所占的面積以0.243nm2計(jì)算(此數(shù)據(jù)是根據(jù)水-空氣界面上對于直鏈正脂肪酸測定的結(jié)果而得)。則吸附劑的比表面S0可按下式計(jì)算得到：

(5)α∞為每個吸附分子的橫截面積；1018是因?yàn)?m2=1018nm2所引入的換算因子。根據(jù)上述所得的比表面積，往往要比實(shí)際數(shù)值小一些。原因有二：一是忽略了界面上被溶劑占據(jù)的部分；二是吸附劑表面上有小孔，醋酸不能鉆進(jìn)去，故這一方法所得的比表面一般偏小。不過這一方法測定時手續(xù)簡便，又不要特殊儀器，故是了解固體吸附劑性能的一種簡便方法。比表面，每克吸附劑具有的總面積（m2/g）三、實(shí)驗(yàn)儀器與試劑1、儀器HY-4型調(diào)速多用振蕩器（江蘇金壇）1臺，帶塞錐形瓶(125mL)7只，移液管(25mL、5mL、10mL)各1支，洗耳球1支，堿式滴定管1支，溫度計(jì)1支，電子天平1臺，稱量瓶1個。2、實(shí)驗(yàn)試劑NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液（0.1mol·L-1），醋酸標(biāo)準(zhǔn)溶液（0.4mol·L-1），活性炭，酚酞指示劑。四、實(shí)驗(yàn)步驟（1）準(zhǔn)備6個干的編好號的125mL錐形瓶（帶塞）。按記錄表格中所規(guī)定的濃度配制50mL醋酸溶液，注意隨時蓋好瓶塞，以防醋酸揮發(fā)。（2）將120℃下烘干的活性炭（本實(shí)驗(yàn)不宜用骨炭）裝在稱量瓶中，瓶里放上小勺，用差減法稱取活性炭各約1g(準(zhǔn)確到0.001g)放于錐形瓶中。塞好瓶塞，在振蕩器上振蕩半小時，或在不時用手搖動下放置1小時。（3）使用顆?；钚蕴繒r，可直接從錐形瓶里取樣分析。如果是粉狀性活性炭，則應(yīng)過濾，棄去最初10mL濾液。按記錄表規(guī)定的體積取樣，用標(biāo)準(zhǔn)堿溶液滴定。（4）活性炭吸附醋酸是可逆吸附。使用過的活性炭可用蒸餾水浸泡數(shù)次，烘干后回收利用。五、注意事項(xiàng)（1）溫度及氣壓不同，得出的吸附常數(shù)不同（2）使用的儀器干燥無水；注意密閉，防止與空氣接觸影響活性炭對醋酸的吸附。（3）滴定時注意觀察終點(diǎn)的到達(dá)。（4）在濃的HAc溶液中，應(yīng)該在操作過程中防止HAc的揮發(fā)，以免引起較大的誤差。（5）本實(shí)驗(yàn)溶液配制用不含CO2的蒸餾水進(jìn)行。六、實(shí)驗(yàn)記錄與處理（1）將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄到表84-1。（2）由平衡濃度c及初始濃度c0，按公式：計(jì)算吸附量，式中V為溶液總體積，單位為L；m為活性炭的質(zhì)量，單位為g。（3）作吸附量Г對平衡濃度c的等溫線。（4）以lgГ對lgc作圖，從所得直線的斜率和截距可求得(1)式中的常數(shù)n和k。（5）計(jì)算，作-c圖，由圖求得Г∞，將Г∞值用虛線作一水平線在Г-c圖上。這一虛線即是吸附量Г的漸近線。（6）由Г∞根據(jù)(5)式計(jì)算活性炭的比表面。表84-1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

實(shí)驗(yàn)溫度：大氣壓：

編號1234560.4MHAc(mL)5025157.542水(mL)0253542.54648活性炭量m(g)醋酸初濃度c0(mol/L)滴定時取樣量(mL)51025252525滴定耗堿量(mL)醋