Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии - Фролов Ю. Г.
Скачать (прямая ссылка):
•»22. Сформулируйте правило Дюкло — Траубе и поясните его физический смысл. При каком строении поверхностных пленок соблюдается это правило? В чем заключается обратимость этого правила?
^23. Покажите взаимосвязь между константой адсорбции Генри и поверхностной активностью.
•" 24. Что такое хроматография? Рассмотрите физико-химические прищхипы хроматографического разделения.
?25.'Как классифицируют хроматографические методы по механизму процесса разделения? Какие параметры количественно определяют сте-пень_сродства разделяемых веществ к фазам?
(26,- Как классифицируют хроматографические методы по агрегатному состоянию неподвижной и подвижной фаз?
. (27. Какие способы используют для проведения хроматографического процесса и каковы их основы?
28. Как связана форма хроматографического пика с видом изотермы адсорбции (равновесная хроматография)?
29. Что собой представляют ионообменные адсорбенты? Укажите их классификацию по основности, методы получения.
30. Что называют полной и динамической обменной емкостью иони-та и как их определяют?
31. Чем обусловлено медленное установление равновесного состояния при обмене ионов между ионообменной смолой и раствором?
32. Рассмотрите процесс обессоливания воды с помощью катеонитов и анионитов на примере удаления солей М§504 и Са(НС03)2.
33. В чем заключаются особенности метода гель-хроматографии?
34. От каких факторов зависит эффективность работы хроматогра-фических колонок?
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
1. Ниже приведены экспериментальные данные по адсорбции азота на ТЮг (рутиле) при 75 К:
р-10-2, Па. . 60,94 116,41 169,84 218,65 272,25 А, моль/кг . . 0,367 0,417 0,467 0,512 0,567
Постройте график, соответствующий линейному уравнению БЭТ. Найдите константы Аоо и С. Рассчитайте удельную поверхность адсорбента. Давление насыщенного пара азота при указанной температуре ps = 78,3-103 Па, площадь, занимаемая одной молекулой азота, so = 0,16 нм2.
Решение. В линейной форме уравнение БЭТ (II. 3) имеет вид
p/Ps 1 , С — 1 р
A(l-plPs) ЛосС АхС ' ps
0.279 0.348 0,756 0,941
Вначале рассчитывают значения p/ps и----——
64
А(\ — pips) ' plps.......... 0,078 0,149 0,217
s кг/моль 0,21-9 0,420 0,593
По этим данным строят график в координатах уравнения БЭТ в линейной форме (рис. 20). Из графика находят:
С — 1 -
= 0,027;
А^С
: 2,61
Откуда Лоо = 37,9- 10~2 моль/кг; С = 97,7. Удельную поверхность адсорбента рассчитывают по уравнению (II. 4):
5УД = А=
: 37,9 • 10~2 ¦ 6,02 • 1023 ¦ 16 • 10""20 = 36,51 • 103 м2/к
2. Постройте кривую капиллярной конденсации и интегральную кривую распределения пор по размерам для активного угля, пользуясь экспериментальными данными капиллярной конденсации паров бензола при 293 К:
19,8 29,9 39,8 59,6 79,7 89,4 98,3
4,5 5,4 6,5 10,2 14,4 17,0 20,0
4,5 6,0 9,0 13,9 17,5 19,0 20,0
Л, моль/кг
адсорбция .......
десорбция...... .
При этой температуре для бензола мольный объем Ум = 89 • 10—6 м3/моль, поверхностное натяжение а = 28,9 мДж/м2. давление насыщенного пара р» = 99,3-103 Па.
Решение. Для расчета интегральной кривой распределения пор по размерам используют кривую десорбции.'Радиус пор рассчитывают по уравнению Кельвина (I. 11):
г= 2аУ™ ЯТ 1п р3/р
Объем пор адсорбента Уп, приходящихся на единицу массы адсорбента, заполненных при данном равновесном давлении адсорбата, находят из соотношения
Уп = Аум
Результаты расчетов приведены ниже:
р,/р...... 5,01 3,32 2,49 1,67 1,25 1,11 1,01
\npjp .... 1,61 1,20 0,91 0,51 0,22 0,10 0,01
1,31 1,76 2,32 4,14 9,59 21,1 211,1
\'п ¦ Ю5, м3/кг . 4,01 5,34 . 8,01 12,4 15,6 16,9 17,8
УпіУііу макс» % • . 22,5 30,0 45,0 69,7 87,6 94,9 100
Интегральная кривая распределения, построенная по этим данным, приведена на рис. 21.
3. Рассчитайте изостерическую теплоту адсорбции этапа на поверхности графити-рованной сажи (при степени заполнения 9 = 1) по следующим данным:
р, Па...... 251,2 89,9 33,1 12,6
Т, К...... 200 182 166 154
Рис. 20. Изотерма адсорбции азота в координатах линейной формы уравнения БЭТ. Рнс. 21. Интегральная кривая распределения пор по радиусам для активного уіля. 5 Зак. 673
65
Решение. Для расчета дифференциальной (изостерической) теплоты адсорбции используем уравнение
ln р =---~ + Ci
где q—изостерическая теплота адсорбции; С\ — постоянная интегрирования. Рассчитываем значения ln р и 1/Г:
ln р.......... 5,52 4,50 3,50 2,53
1/Т- 103, К-1..... 5,00 5,49 6,02 6,49
Строим график зависимости ln р от 1/Т (рис. 22) и определяем тангенс угла наклона прямой:
Таким" образом, q = —tg = 2,01 • 103-8,31 = 16,7-103 Дж/моль.
4. Адсорбция растворенного в воде ПАВ на поверхности ртуть — вода подчиняется уравнению Ленгмюра. При концентрации ПАВ 0,2 моль/л степень заполнения поверхности 6 = 0,5. Рассчитайте поверхностное натяжение ртути на границе с раствором при 298 К и концентрации ПАВ в растворе 0,1 моль/л. Предельное значение площади, занимаемой молекулой ПАВ на поверхности, s0 = 0,20 нм2, поверхностное натяжение ртути на границе с водой равно 0,373 Дж/м2.
