Адсорбция_2015_фармация

1
Контрольно-измерительные материалы для студентов
по дисциплине «ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ»
Для специальности: 060301 «Фармация»
ЗАНЯТИЕ № 3
2015/2016 уч. год - 3 семестр
Тема: «ИЗУЧЕНИЕ АДСОРБЦИИ УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ НА ТВЁРДОМ АДСОРБЕНТЕ»
Вопросы для самостоятельной внеаудиторной подготовки к занятию:
1. Адсорбция (общие понятия). Адсорбция ПАВ на поверхностях раздела "жидкость - газ" и
"жидкость - жидкость". Уравнение Гиббса.
2. Адсорбция на поверхности раздела "твёрдое тело - газ". Изотерма адсорбции.
Экспериментальное определение величины адсорбции.
3. Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра. Физический смысл коэффициентов этого
уравнения.
4. Расчет коэффициентов уравнения Ленгмюра. Применимость уравнения.
5. Уравнение Фрейндлиха. Расчет его коэффициентов. Применимость уравнения.
6. Адсорбция на поверхности раздела "твёрдое тело - жидкость". Правило уравнивания
полярностей Ребиндера.
Вопросы, на которые студенты должны ответить при защите работы:
1. Адсорбция на поверхности раздела «твёрдое тело – раствор». Изотерма адсорбции.
2. Методика экспериментального определения величины адсорбции. Расчётное уравнение.
3. Уравнения Фрейндлиха и Лэнгмюра – основные уравнения, используемые при изучении
адсорбции. Область применимости уравнений.
4. Методы определения констант этих уравнений. Физический смысл констант.
5. Расчёт теоретической величины адсорбции по этим уравнениям; оценка применимости
уравнений к данному случаю адсорбции.
Практические навыки (если позволяет время,
можно выполнить дополнительный эксперимент):
1. Рассчитать величину адсорбции по уравнению Ленгмюра для равновесной концентрации
С= 0,4 моль/л, если константы уравнения Ленгмюра равны: А = 20 ммоль/г; в = 1,5 моль/л
2. Провести адсорбцию из 10 мл раствора уксусной кислоты №4 на 0,7 г активированного угля.
Определить экспериментальную величину адсорбции.
2
3. Построить график зависимости 1/Аэксп. от 1/С и определить константы уравнения Ленгмюра,
если получены следующие экспериментальные данные:
Аэксп.(кмоль/кг):
2,5 3,8
4,2
5,7
С (кмоль/кг):
0,4 0,8
1,6
2,2
4. Провести адсорбцию из 10 мл уксусной кислоты №1 на активированном угле (0,5 г),
если не позволяет время, опыт можно описать устно).
5. Как определить экспериментальную величину адсорбции?
6. Определить равновесную концентрацию раствора уксусной кислоты №3 после адсорбции
10 мл ее на 0,5 г активированного угля.
7. Рассчитать экспериментальную величину адсорбции по экспериментальным данным и
теоретическую по уравнению Фрейндлиха, если константы уравнения равны: k=6,3; 1/n =0,2.
8. Провести адсорбцию 10 мл уксусной кислоты №2 на активированном угле (2 г).
Определить экспериментальную величину адсорбции.
9. Рассчитать экспериментальную величину адсорбции 10 мл ПАВ на 1 г адсорбента, если
объем щелочи, пошедшей на титрование исходного раствора составил 21,16 мл,
а подвергшегося адсорбции - 15,23 мл.
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
(может быть выполнено на занятии, если позволяет время):
Ответить письменно на теоретические вопросы и решить задачи.
Билет № 1.
1. Что такое адгезия и когезия?
2. Что такое «контур смачивания»? Краевой угол смачивания? Как измеряется краевой угол
смачивания?
3. Пользуясь уравнением Фрейндлиха, вычислите равновесную концентрацию уксусной
кислоты в растворе, из которого на 2 г активированного угля адсорбируется 7,5*103 моль
кислоты. Константы уравнения: а = 2,8: 1/n = 0,4.
Билет № 2.
1. Какова величина краевого угла смачивания, если поверхность не смачивается данной
жидкостью? Если смачивается?
2. С помощью какого уравнения можно рассчитать cos О?
3. Рассчитайте площадь, приходящуюся на одну молекулу анилина в насыщенном
адсорбционном
слое
на
поверхности
его
поверхностный избыток Г = 6*109 кмоль/м2.
Билет № 3.
1. Что называется теплотой смачивания?
водного
раствора,
если
предельный
3
2. Как рассчитать коэффициент гидрофильности?
3.
Рассчитайте по уравнению Гиббса
поверхностный избыток Г для 0,1М раствора
пропионовой кислоты, если её поверхностная активность g при 200С равна 0,85
Н·моль/м·л.
Билет № 4.
1. Что называется инверсией смачивания?
2. Что называется адсорбентом и адсорбатом?
3. Толщина плотного адсорбционного слоя бутилового спирта (плотность 0,81 г/см3) равна
7,08 Å. Вычислите площадь, занимаемую одной молекулой спирта на адсорбенте.
Билет № 5.
1. В чем отличие физической и химической адсорбции?
2. Почему
один
из
участков
изотермы
мономолекулярной
адсорбции
имеет
вид
горизонтальной прямой?
3.
По уравнению Фрейндлиха рассчитайте равновесную концентрацию уксусной кислоты в
растворе, из которого 4 г активированного угля адсорбируют 14 ммоль кислоты.
Константы уравнения: а = 1,3; 1/n = 0,2.
Билет № 6.
1. Как записать уравнение Ленгмюра и Фрейндлиха?
2. Чем отличаются изотермы адсорбции Фрейндлиха и Ленгмюра?
3.
Рассчитайте, сколько бензойной кислоты адсорбируется на 5 г активированного угля из
раствора с равновесной концентрацией 44 мг/мл. Константы уравнения Лэнгмюра: А = 14
мг/г, b = 78 мг/мл.
Билет № 7.
1. Как найти константы в уравнении Фрейндлиха, используя графический способ?
2. Как найти константы в уравнении Ленгмюра, используя зависимость 1/А – 1/с?
3.
Г для изоамилового спирта ( = 0,81 г/см3) на поверхности его водного раствора равна
71010 моль/м2. Рассчитайте толщину адсорбционного слоя и площадь, занимаемую
молекулой спирта на поверхности. Ответ представить в м, Å, м2 и Å2.
Билет № 8.
1. Как вычислить величину адсорбции, используя экспериментальные данные?
2. Как формулируется правило уравнивания полярностей Ребиндера?
3.
Рассчитайте поверхностный избыток по уравнению Гиббса для 0,1 М раствора н-капроновой кислоты, если её поверхностная активность при 25 0С равна 2,4.
Билет № 9.
1. Как ориентируются молекулы ПАВ у поверхности адсорбента?
2. Каково практическое значение адсорбции на границе «твердое тело – раствор»?
4
3.
Вычислите длину молекулы масляной кислоты ( = 978 кг/м3) на поверхности раздела
«водный раствор – воздух», если площадь, занимаемая ею, равна 301020 м2
Билет № 10.
1. Что такое ионная адсорбция?
2. Почему при ионной адсорбции на границе раздела фаз возникает двойной электрический
слой?
3.
Пользуясь уравнением Лэнгмюра, вычислите величину адсорбции азота одним
килограммом цеолита при равновесном парциальном давлении, равном 0,4 Н/м2.
Константы уравнения:
А = 3,9 моль/кг, b = 0,6 Н/м2.
Билет № 11.
1. Как адсорбируемость ионов зависит от степени гидратированности одновалентных ионов?
Как формулируется правило Панета-Фаянса?
2. Что называется ионообменной адсорбцией?
3.
Рассчитайте величину предельной адсорбции стрептоцида на поверхности его водного
раствора, если площадь, приходящаяся на одну молекулу в адсорбционном слое, равна
2,81020м2.
Билет № 12.
1. Какие вещества называются ионитами? Приведите примеры.
2. Как классифицируются иониты?
3.
С помощью уравнения Фрейндлиха вычислите равновесную концентрацию масляной
кислоты (ммоль/л), если 2 г угля адсорбируют 8 ммоль кислоты. Константы уравнения: k
= 1,4 ммоль/г; 1/n = 0,32. ммоль/л
Билет № 13.
1. Что такое обменная емкость ионита?
2. Для чего используется ионообменная адсорбция?
3.
Вычислите экспериментальную величину адсорбции уксусной кислоты на древесном угле
массой m = 3,94 г из водного раствора объемом V = 1000 мл, если исходная концентрация
раствора кислоты равна 252,2 ммоль/л, равновесная концентрация 202,0 ммоль/л.
Билет № 14.
1. Как проводится умягчение и обессоливание воды?
2. Что такое регенерация ионитов? Как она проводится?
3. Предельная адсорбция изопропилового спирта равна 7·10-10 моль/см2. Определите
площадь, занимаемую молекулой на поверхности. Ответ выразите в ангстремах.
Билет № 15.
1. Как классифицируются хроматографические методы по цели проведения и технике
исполнения?
5
2. Какие известны виды хроматографии по механизму разделения веществ? Как используется
хроматография?
3.
Рассчитайте величину адсорбции карбоновой кислоты из водного раствора на
активированном угле, если исходная концентрация раствора кислоты равна 0,92моль/л,
равновесная концентрация 0,54 моль/л, объем раствора для адсорбции 15 мл, масса
адсорбента 2 г.
Билет № 16.
1. Как найти константы в уравнении Ленгмюра, используя зависимость 1/А – 1/с?
2. В чем отличие физической и химической адсорбции?
3.
Вычислите экспериментальную величину адсорбции уксусной кислоты на древесном угле
массой m = 3,94 г из водного раствора объемом V = 1000 мл, если исходная концентрация
раствора кислоты равна 252,2 ммоль/л, равновесная концентрация 202,0 ммоль/л