Перелік питань вхідного контролю

1. Що вивчає хімічна кінетика і яке вона має теоретичне і практичне значення?
2. Від яких чинників залежить швидкість реакцій у гомогенних і гетерогенних системах?
3. Що таке кінетичне рівняння? Напишіть кінетичні рівняння таких реакцій:

а) окиснення сульфур(ІV) оксиду;

б) синтезу амоніаку;        в)взаємодії заліза з хлором.

1. Що таке порядок і молекулярність хімічних реакцій? Наведіть приклади реакцій, в яких порядок і молекулярність чисельно збігаються і в яких не збігаються.
2. Який фізичний зміст константи швидкості реакції? Запишіть рівняння для визначення констант швидкості реакцій нульового, першого і другого порядків.
3. Чому температура істотно впливає на швидкість хімічних реакцій і якими рівняннями описують цю залежність?
4. Що таке температурний коефіцієнт швидкості реакції і яке його чисельне значення?
5. Що таке активні молекули, енергія активації реакцій, проміжний комплекс?
6. Що таке каталіз? Яка роль каталізу в хімічній технології?
7. Які речовини називаються каталізаторами, інгібіторами? Наведіть приклади таких речовин.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3

 ВИВЧЕННЯ АДСОРБЦІЇ АЦЕТАТНОЇ КИСЛОТИ АКТИВОВАНИМ ВУГІЛЛЯМ

 

Поверхня поділу фаз завжди є місцем виникнення силового поля внаслідок нескомпенсованості молекулярних сил у міжфазному поверхневому шарі. Виникнення поверхні поділу між двома фазами супроводжується збільшенням вільної енергії (енергії Гіббса) на поверхні поділу.

Високодисперсні колоїдні системи через значну величину питомої поверхні, S _ПИТ, мають значну поверхневу енергію Гіббса σ. Для сферичних часточок S _ПИТ = 6/d, (d – діаметр частинки). Часто питому поверхню, S_ПИТ, відносять до маси, m, дисперсної фази (дисперсійного середовища), тоді необхідно враховувати густину речовини, ρ. Для сферичних часточок S_ПИТ = 6/(d ^. ρ).

Більшість явищ, які вивчаються в колоїдній хімії (капілярні явища, адсорбція, змочування, розтікання), є наслідком існування надлишкової поверхневої енергії. Відповідно до другого закону термодинаміки самовільно відбуваються процеси, спрямовані в напрямку зменшення величини G^S (G^S – надлишкова вільна енергія поверхні в ізобарно-ізотермічних умовах).

Адсорбцією називають самовільну зміну концентрації компонента в поверхневому шарі в порівнянні з об’ємною фазою, віднесену до одиниці площі поверхні (на латині sorbeo означає „поглинаю”, а ad означає „на”). Звичайно адсорбцію виражають у моль/м². Термін „адсорбція” об’єднує широке коло таких різних явищ, як адсорбція газів на твердій поверхні силікагелю або активованого вугілля (зокрема, це явище використовується у протигазах), адсорбція барвників на волокні (фарбування тканин) тощо. У деяких випадках адсорбція може викривляти результати досліджень, що проводяться без її врахування (через адсорбцію речовин на стінках посуду, на поверхні осадів тощо).

Розчинену речовину або газ, що адсорбується, називають адсорбтивом, речовину, що їх адсорбує – адсорбентом, а адсорбовану речовину – адсорбатом (за термінологією М.П.Пєскова, адсорбат має назву „адсорбційний комплекс”). Про позитивну адсорбцію компонента говорять, якщо його концентрація в поверхневому шарі більша, ніж в об’ємній фазі, якщо ж концентрація цього ж компонента в поверхневому шарі менша, мова йде про негативну адсорбцію.

Процес, що є зворотним до адсорбції, називається десорбцією. В однокомпонентній системі можлива автоадсорбція. Можна дати ще одне визначення: адсорбція – це згущення розчиненої або газоподібної речовини на поверхні твердого тіла або рідини. Розрізняють фізичну (молекулярну, ван-дер-ваальсову) адсорбцію і хімічну (хемосорбцію). Йонний обмін є ще одним різновидом адсорбції. Фізична адсорбція завжди оборотна і вона відбувається самовільно. Рушійною силою фізичної адсорбції є спрямування системи до зменшення надлишкової поверхневої енергії шляхом зниження поверхневого натягу σ.

Хемосорбція необоротна. Іноді відбувається навіть зростання G^S, але для процесу утворення адсорбату в цілому: ∆G < 0. Фактично мова йде про хімічну реакцію на поверхні. Отже, хемосорбція – це двовимірна хімічна реакція, що не виходить за межі поверхневого шару. Наприклад, внаслідок хемосорбції кисню на поверхні заліза продукти взаємодії (оксиди) утворюють плівку, непроникну для агресивних газів.

Завдяки явищу адсорбції можливе прискорення хімічних реакцій (гетерогенний каталіз). Адсорбент, згущуючи та орієнтуючи на своїй поверхні молекули одного або декількох учасників реакції, сприяє перебігу реакції, але сам до неї не вступає.

Величина адсорбції залежить від поверхні адсорбенту, природи адсорбтиву і його концентрації (тиску у випадку газів), температури тощо. Адсорбат прагне зайняти всю поверхню адсорбенту. Але цьому перешкоджає зворотний процес – десорбція, викликана прагненням до рівномірного розподілу речовини. Для кожної концентрації адсорбтиву в середовищі, що оточує адсорбент, існує стан адсорбційної рівноваги.

Однією з особливостей адсорбції є селективність (вибірковість), яка полягає в неоднаковій здатності компонентів розчину до адсорбції на поверхні. Кількісно це явище характеризується коефіцієнтом розділення – відношенням коефіцієнтів розподілу компонентів, що адсорбуються, який показує, у скільки разів відношення величин адсорбції компонентів, що розділяються, більше відношення їх рівноважних концентрацій в об’ємі розчину. Але коефіцієнти розподілу і розділення не залежать від співвідношення між кількостями адсорбенту (його поверхні) й розчину і тому не можуть характеризувати розподіл маси речовини між цими двома фазами.

Розподіл маси речовини характеризується ступенем витягання і ступенем розділення. Ступінь витягання – це відношення кількості речовини в одній з рівноважних фаз (в об’ємі розчину або в поверхневому шарі) до загальної її кількості; виражається в частках і процентах. Ступінь розділення визначається відношенням ступенів витягання компонентів, що розділяються.

Найбільш істотним чинником, який впливає на селективність адсорбції, є спорідненість компонентів до поверхні адсорбенту і до розчинника. Для прогнозування адсорбції речовин широко використовується правило зрівнювання полярності, запропоноване П.О.Ребіндером, згідно з яким речовина може адсорбуватися на поверхні поділу фаз, якщо внаслідок її адсорбції буде зрівнюватися полярність цих фаз. Інакше кажучи, адсорбція речовини С на межі поділу фаз, утворених речовинами А і В, буде відбуватися, якщо полярність речовини С лежить між значеннями полярності речовин А і В. Оскільки полярність речовини можна охарактеризувати за допомогою величини діелектричної проникності ε, то умовою для адсорбції сполуки С є: ε_А > ε_C > ε_B або ε_В > ε_C > ε_А.

Саме на цьому засноване практичне застосування полярних адсорбентів (силікагель) для адсорбції поверхнево-активних речовин з неполярних середовищ, а неполярних адсорбентів (вугілля) – для адсорбції з полярних середовищ. Як приклад можна навести адсорбцію масляної кислоти з її розчину в бензені на силікагелі та адсорбцію масляної кислоти на вугіллі з її водного розчину. Причому діелектрична проникність цих речовин зменшується в ряду: силікагель > вода > масляна кислота > бензен > вугілля, а адсорбція відбувається відповідно до рядів: вода > масляна кислота > вугілля; силікагель > масляна кислота > бензен.

 

Мета роботи. Вивчення адсорбційної рівноваги на межі поділу твердий адсорбент-розчин.

 

Прилади та реактиви. Мірна колби на 100 мл, конічні колби на 250 мл, лійки, фільтрувальний папір, механічна мішалка, бюретки. 0,1 н розчин NaOH, фенолфталеїн, 0,5 н розчин ацетатної кислоти, активоване вугілля.

 

Методика виконання роботи

Для вивчення адсорбції ацетатної кислоти на активованому вугіллі з вихідного розчину СН₃СООН методом послідовного розведення готують шість розчинів кислоти по 100 мл (концентрації вказує викладач). Активоване вугілля ретельно розтирають у ступці, а потім зважують шість порцій по 1,0 г.

До 100 мл кожного з приготованих розчинів ацетатної кислоти додають по 1,0 г вугілля, після чого закриті колби з вмістом збовтують на механічній мішалці протягом 30 хв. Потім розчини відфільтровують, а в отриманому фільтраті визначають концентрації кислоти після адсорбції.

Концентрацію вихідного розчину ацетатної кислоти і розчинів після адсорбції та фільтрації визначають титруванням розчином NaOH з відомою концентрацією в присутності фенолфталеїну до появи стійкого слабко-рожевого забарвлення розчину, що досліджується. Концентрацію кислоти розраховують за співвідношенням:

де С_К і С_Л – концентрації розчинів ацетатної кислоти і NaOH (моль/л); V_K – об’єм кислоти, що був взятий для титрування; V_Л – об’єм лугу, що пішов на титрування. Для титрування беруть три порції розчину, що аналізується. Концентрацію розраховують як середнє арифметичне результатів титрування трьох порцій.

Величина адсорбції А визначається за різницею концентрацій розчину ацетатної кислоти до (С₀) і після (С) адсорбції:

де m – маса вугілля; V – об’єм розчину кислоти, що був взятий для досліду.

Будують ізотерму адсорбції в координатах 1/А від 1/С і визначають А_∞ і К. Усі результати заносяться до таблиці:

 

Таблиця 3

№ колби	VK	VЛ	С0	С	∆С= =С0-С	А	1/A	1/С	А∞	К

 

За рівнянням S_ПИТ. = А_∞^. N_A^. S_M (S_M – площа, яку займає одна молекула адсорбенту в насиченому адсорбційному шарі; N_А – число Авогадро), розраховують питому поверхню адсорбенту, S_ПИТ, вважаючи, що площа, яку займає одна молекула, S_М, для багатьох одноосновних жирних кислот становить 0,2 нм².

 

Обробка експериментальних даних

1. Занести в таблицю експериментальні дані.

2. Побудувати залежність у координатах 1/A-1/С і визначити А.

3. Розрахувати константу адсорбційної рівноваги К.

4. Розрахувати питому концентрацію адсорбенту.

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: