Основы физической химии - Еремин В.В.
Скачать (прямая ссылка):
Глава 2. Приложения химической термодинамики
При p = 100 Торр степень заполнения
K L p 0.0046 • 100
0:
1 + KLp 1 + 0.0046 • 100
: 0.315
Пример 10-2. При исследовании адсорбции азота на 1 г активированного угля при 273 К получены следующие результаты (объем поглощенного газа пересчитан к н. у.):
p, Торр 4.5 9.2 18.6 40.2
V, см3-г-1 1.12 2.22 4.22 8.02
Выясните, описываются ли эти данные изотермой Ленгмюра и определите площадь поверхности адсорбента, если в плотном монослое молекула азота занимает площадь 0.162 нм .
Решение. Воспользуемся линейной формой уравнения Ленгмюра в виде:
p
1
1
+—p.
а = sNAvm/v0
Составляем вспомогательную таблицу:
p, Торр 4.5 9.2 18.6 40.2
p/V, Торр • см3 • г 4.0179 4.1441 4.4076 5.0125
Данные таблицы можно представить в виде графика; угловой коэффициент равен 11Ут, а по отрезку, отсекаемому на оси ординат, рассчитывается величина 1/УтКь. Более точные значения параметров Ут и К получаются при статистической обработке данных, например, методом наименьших квадратов:
p - 3.89 + 2.787 10-2p
V
, т.е. — - 2.787 10-2,
Vm
m
Vm
:35.9 см3 г-1.
При н. у. объем, занимаемый 1 молем газа, У0 = 22.4 л; площадь, занимаемая 1 молекулой - 16.2 10-2и м2. Тогда
= 16.2 10-20 м2 • 6.02 1023 моль-1 • 35.9 10-3 л • г-1 / 22.4 л • моль-1 = 156.3 м2 • г-1.
Пример 10-3. При 312 К и давлении 1.21 Торр на поверхности микропористого глинистого адсорбента сорбируется 1.37 моль • кг-1 паров метилового спирта. Такая же адсорбция достигается при повышении температуры до 320 К и увеличении давления до 3.16 Торр. Вычислите энтальпию адсорбции метилового спирта при данной степени заполнения поверхности.
Решение. Энтальпия адсорбции равна
Аадс H
RT1T2
T - T2
1П
p1
8.314 312 320 3.16
- 1n-
-81.21
-99603 Дж • моль-1.
Глава 2. Приложения химической термодинамики
171
Пример 10-4. Для водных растворов фенола при 20 °С измерены значения поверхностного натяжения (см. таблицу). Рассчитайте адсорбцию фенола Г2 при концентрации 0.2 моль л-1.
с, мольл 1 0.05 0.127 0.268 0.496
а-103, Нм-1 67.88 60.10 54.58 44.97
Решение. Для определения адсорбции нам понадобятся вспомогательные данные 1п с:
1п с -2.9957 -2.0636 -1.3168 -0.7012
а-103, Нм-1 67.88 60.10 54.58 44.97
Строим график зависимости о = Діп с).
о
-3
-2 -1
- ІПС
7.00Е-02
6.00Е-02
5.00Е-02
4.00Е-02
Графическим или аналитическим дифференцированием находим
У д іп с2 )т,с=0.2
= -0.0107 Н •м-1.
Соответственно,
Г 2
ят
до
д іп р 2
~0.010^ 6 -2 , 1П-10 -2
^4.39 10 моль •м =4.39 10 моль см .
8.314 • 293
4
0
| ЗАДАчЙН
10-1. Сколько литров аммиака при 273 К и 1 атм может адсорбироваться на поверхности 25 г активированного угля, если образуется мономолекулярный слой? Поверхность 1 г угля примите равной 950 м2. Диаметр молекулы 3 А.
172
Глава 2. Приложения химической термодинамики
10-2. Вычислите площадь поверхности катализатора, 1 г которого при образовании монослоя адсорбирует при н. у. 83 г азота. Примите, что эффективная площадь, занятая молекулой азота, равна 16.2-10-20 м2.
10-3. Удельная поверхность активированного угля 400 м2-г-1. Плотность метанола при 288 К 0.7958 г-см-3. Определите максимальное количество метанола, которое может адсорбировать 1 г угля при 288 К при образовании мономолекулярного слоя.
10-4. Объем бутадиена, адсорбированного на 1 г катализатора при 15 °С, зависит от давления следующим образом
р, Торр 50 150 250 350 450
V* см3 9.6 25.6 40.3 54.4 68.1
Какое уравнение - Ленгмюра или Фрейндлиха - позволяет получить адекватное описание экспериментальных данных? Определите параметры уравнения.
10-5. При адсорбции доксициклина на высокодисперсном кремнеземе при рН = 6 (фосфатный буфер, навеска кремнезема 0.2 г, объем 20 мл) получены следующие значения адсорбции:
с-104 моль-л 1 0.5 1 2 4 8
а-105 моль-г1 0.68 1.08 1.53 1.9 2.26
С помощью какого уравнения лучше описывать экспериментальные данные? Определите параметры этого уравнения.
10-6. В результате исследования сорбции натриевой соли бензилпени-циллина из водных растворов на поверхности высокодисперсного пиро-генного аминокремнезема (Пч1Н2] = 0.3 ммоль-г-1) получены следующие значения адсорбции:
с-103 моль-л 1 0.25 0.5 2 6
а-102 моль-г-1 1.88 2.80 4.98 6.20
Рассчитайте константу адсорбционного равновесия и предельную величину адсорбции, если процесс сорбции описывается уравнением Ленгмюра.
10-7. Найдите степень заполнения поверхности аэросила при адсорбции натриевой соли бензилпенициллина из растворов концентрации 0.004, 0.0075 и 0.011 М, если адсорбция описывается уравнением Ленгмюра с константой адсорбционного равновесия 790 М-1.
10-8. Оцените изменение степени заполнения поверхности кальцита при адсорбции комплексона-А из 0.00002 М раствора при разных зна-
Глава 2. Приложения химической термодинамики
173
чениях рН. Концентрация фонового электролита 0.02 М №01 Константы адсорбционного равновесия приведены в таблице:
рН 8.7 9.5 10.5
К105, л • моль1 3.5 3.4 3.3
10-9. При 15 °С из водно-спиртового раствора (0.6 : 0.4) концентрации 5 мкмоль • л- на поверхности сорбента Берагоп ББ адсорбируется 44.1 мкмоль г-1 антрацена и 22.0 мкмоль г-1 пирена. При увеличении их содержания в растворе до 10 мкмоль л-1 количество адсорбированных веществ увеличивается до 54.7 и 46.8 мкмоль • г-1 соответственно. Рассчитайте степень заполнения поверхности в каждом случае.
