Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии - Фролов Ю. Г.
Скачать (прямая ссылка):
Решение. Зависимость поверхностного натяжения от концентрации ПАВ выражается уравнением Шишковского (II. 10):
a = a0-AooRTln(l + Kc)
Константу равновесия К определяем из уравнения Ленгмюра (П. 2):
Кс
Откуда
1 + Кс
* = ТТПГёу = -оЖЩь =5 л/моль
Емкость монослоя Аоо находим из соотношения (11.22):
Ах, = —— =-^-^ = 8,3 ¦ 10~6 моль/м'
s0Nk 20 - 10~20 • 6,02 - 1023
2
Зная К и Аоо, по уравнению (II. 10) рассчитываем поверхностное натяжение ртути на границе с раствором:
а = 0,373 — 8,3 • 10~6 • 8,31 • 298 • 1п (1 + 5 • 0,1) =
= 0,373 — 2,05 • 10~2 • 1п 1,5 = 0,365 Дж/м2
5. Ниже приведены значения поверхностного давления я валериановой кислоты при 292 К при различной площади поверхности, приходящейся на 1 моль кислоты:
я-102, Н/м......... 0,35 0,53 0,78 1,10 1,49 1,92 2,36 2,85 3,36
5М - 10 5. м2/моль...... 6,92 4,66 3,49 2,77 2.44 2,27 2,11 2,03 1,89
Известно, что поверхностное давление раствора валериановой кислоты с концентрацией 4 ммоль/л равно 0,002 Н/м. Рассчитайте константы уравнения Шишковского.
Решение. Строим график зависимости я = /(«,.,) (рис. 23). Точка перегиба на кривой отвечает формированию плотного слоя молекул валериановой кислоты на поверхности водного раствора. Из графика находим площадь поверхности, приходящуюся на I моль кислоты в плотном монослое:
«м о = 2,5- Ю5 м2/моль Ч
1
Затем рассчитываем емкость монослоя:
А* = ^7 = ~2^Ш в 4 *10"6 моль/м2
66
1пр
5
N. а
! Г I
V 5,2 5,6 6,0 6,4(1/Т}103
1 г 3 4 5 6 7
Рис. 22. К определению изостерической теплоты адсорбции этана иа поверхности гра-фктированной сажи.
Рис. 23. Зависимость поверхностного давления пленки от площади, приходящейся на 1 моль валериановой кислоты.
Принимая во внимание, что Со — о = л, из уравнения Шишковского (II. 10)
о = о0 - АХЯТ 1п (1 + Кс)
определяем константу К:
л
1П (1 +КС):
0,002
1п (1 +0,004/0= — „-----
4-10 ь - 8,31 -293
К — 56,9 л/моль
б/ Полистирольный сульфокатионит в Н+-форме в количестве тп = 1 г внесли в раствор КС1 с исходной концентрацией с0 = 100 экв/м3 объемом К = 50 мл н смесь выдержали до равновесного состояния. Рассчитайте равновесную концентрацию калия в ионите, если константа ионообменного равновесия Кк+т+ — 2,5, а полная обменная емкость катнонита ПОЕ = 5 экв/кг. '
Решение. Для реакции ионного обмена у
Н+ + К+ К+ + Н+
константа равновесия равна
[к+] [нч
к+/н+ [к+][н+]
где [К+], [Н+] — концентрация ионов в ионите; [К+], [Н+]—концентрация ионов в растворе.
Обозначим искомую концентрацию [К+] через х. В смоле ионы Н+ обмениваются на эквивалентное количество ионое К+, а суммарное содержание нонов равно ПОЕ. Поэтому
[Н+] = ПОЕ - [К+] = 5 - х
Равновесная концентрация ионов Н+ в растворе, появляющихся в результате вытеснения их из ионита, равна
^1- ¦ -^20,
67
Равновесная концентрация ионов К+ в растворе составляет:
[К+] = с0 - [Н+] = 100 - 20х
С учетом полученных выражений для равновесных концентраций ионов уравнение константы ионного обмена можно записать так:
,(20,)
(100 — 20,) (5 — ,) После преобразования получаем:
З,2 — 50, + 125 = 0 Решение квадратного уравнения дает
50 + д/502 — 4 - 3-125 *. =--~27з-= 13,6
хг= 50-У5022-4-3-125 д3>06
Значение ,1 намного больше ПОЕ, что неприемлемо. Следовательно, [К+] = = 3,06 экв/кг.
ЗАДАЧИ
1. Удельная поверхность силикагеля, найденная методом низкотемпературной адсорбции азота, составляет 4,1-Ю5 м2/кг. Плотность силикагеля 2,2 г/см3. Рассчитайте средний диаметр частиц силикагеля.
2. Ниже приведены данные об адсорбции паров воды макропористым силикагелем при комнатной температуре:
р-10~2,Па..... 3,04 4,68 7,72 11,69 14,03 17,77
А, моль/кг..... 4.44 6,28 9,22 11,67 13,22 14,89
Пользуясь уравнением Ленгмюра, определите предельную емкость силикагеля.
3. При измерении адсорбции газообразного азота на активном угле при 194,4 К были получены следующие данные:
р-10~~3, Па...... 1,86 6,12 17,96 33,65 68,89
А • 103, м3/кг...... 5,06 14,27 23,61 32,56 40,83
Значения А даны для азота при нормальных условиях.
Рассчитайте постоянные в уравнении Ленгмюра и удельную поверхность активного угля, принимая плотность газообразного азота равной 1,25 кг/м3, а площадь, занимаемую одной молекулой азота на поверхности адсорбента, равной 0,16 нм2.
4. Удельная поверхность непористой сажи равна 73,7-103 м2/кг. Рассчитайте площадь, занимаемую молекулой бензола в плотном монослое, исходя из данных об адсорбции бензола на этом адсорбенте при 293 К:
р, Па............ 1,03 1,29 1,74 2,50 6,67
Л-102, моль/кг....... 1,57 1,94 2,55 3,51 7,58
Предполагается, что изотерма адсорбции описывается уравнением Лендмюра.
(^Определите константы эмпирического уравнения Фрейндлиха, используя следующие данные об адсорбции диоксида углерода на активном угле при 293 К:
68
р- Ю-3, Па . А • 102, кг/кг
1,00 4,48 10,0 14,4 25,0 45,2 3,23 6,67 9,62 11,72 14,5 17,7
