TƯỜNG TRÌNH THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH HÓA LÍ 2 ĐƯỜNG HẤP PHỤ ĐẲNG NHIỆT

TƯỜNG TRÌNH THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH HÓA LÍ 2 Họ tên sinh viên Nguyễn Thu Ánh MSSV 4501106003 Ngày 11122021 Mã lớp CHEM142007 Bài 4 ĐƯỜNG HẤP PHỤ ĐẲNG NHIỆT I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Nghiên cứu sự hấp phụ c. ĐƯỜNG HẤP PHỤ ĐẲNG NHIỆT I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Nghiên cứu sự hấp phụ c.

TƯỜNG TRÌNH THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH HÓA LÍ 2

Họ tên sinh viên: Nguyễn Thu Ánh MSSV: 4501106003

Bài 4: ĐƯỜNG HẤP PHỤ ĐẲNG NHIỆT

I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM:

Nghiên cứu sự hấp phụ của acid acetic trong môi trường nước trên than hoạt tính và vẽ các đường hấp phụ đẳng nhiệt

II CÁCH TIẾN HÀNH:

- Từ dung dịch CH3COOH 2 M pha loãng bằng bình định mức 250 ml thành các dung dịch có nồng độ theo bảng bên dưới

- Chuẩn độ dung dịch acid vừa pha bằng dung dịch NaOH 0,1 M (với chỉ thị phenolphtalein) với thể tích acid cần chuẩn độ theo bảng dưới đây:

Thể tích dung dịch

(ml)

100 100 100 100 100 100

Nồng độ (mol/l) 0,0125 0,025 0,05 0,1 0,2 0,4

- Cân 3 g than hoạt tính bằng cân phân tích rồi cho hết vào bình tam giác chứa sẵn 100 ml các dung dịch acid vừa pha, lắc kĩ trong 30 phút

- Lọc dung dịch trong bình đã hấp phụ một lượng vừa đủ để chuẩn độ như trước khi hấp phụ

III KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:

• Bảng số liệu thực nghiệm:

Nồng độ acetic acid được tính theo định luật đương lượng:

CCH3COOH = CNaOH VNaOH

Vacid

Bình V acid ,

(ml)

Chuẩn độ trước hấp phụ,

V NaOH (ml)

Chuẩn độ sau hấp phụ,

V NaOH (ml)

V 1 V 2 V TB

C 0

(mol/l) V 1 V 2 V TB

C (mol/l)

1 20,00 2,55 2,60 2,58 0,0129 1,90 1,95 1,93 0,0096

2 20,00 4,95 4,80 4,88 0,0244 3,90 4,00 3,95 0,0198

3 10,00 4,75 4,80 4,78 0,0478 3,80 3,85 3,83 0,0383

4 10,00 9,50 9,60 9,55 0,0955 7,60 7,65 7,63 0,0763

5 5,00 9,45 9,50 9,48 0,1895 7,85 7,85 7,85 0,1570

6 5,00 19,60 19,50 19,55 0,3910 16,45 16,43 16,44 0,3288

• Bảng số liệu tính toán:

Với x = MCH3COOH (C0 − C) V = 60,02 (C0 − C) 0,1

Bình m (g) C

(mol/l) x (g) x/m lg(x/m) lgC

1 2,9995 0,0096 0,0195 0,006503 -2,1869 -2,0166

2 2,9979 0,0198 0,0278 0,00926 -2,0334 -1,7044

3 2,9997 0,0383 0,0570 0,019008 -1,7211 -1,4174

4 3,0001 0,0763 0,1155 0,038512 -1,4144 -1,1178

5 3,0006 0,1570 0,1951 0,065009 -1,1870 -0,8041

6 3,0001 0,3288 0,3733 0,124437 -0,9050 -0,4831

Phương trình hấp phụ của Freundlich:

x

Trong đó:

x là lượng chất bị hấp phụ bởi 1 chất hấp phụ có khối lượng m và nằm

cân bằng với dung dịch có nồng độ chất tan C;

a và n là các hằng số đặc trưng cho 1 quá trình hấp phụ, được xác định từ

thực nghiệm

- Lấy logarit phương trình hấp phụ đẳng nhiệt ta được:

lg x

m = lga +

1

nlgC (∗) (phương trình có dạng y = ax + b; với y = lg x

m ; a = 1

n ; b = lga )

Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa 𝐱

𝐦 và C

Đẳng nhiệt hấp phụ

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14

x m

(g)

=> n = 1,1535

1

= 0,8669

n

lga = − 0,4848 => a = 0,3275

Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa lg 𝐱

𝐦và lgC

Đẳng nhiệt hấp phụ ở dạng logarit

Từ đồ thị trên, ta tính xác định được các giá trị ở phương trình (*):

y = 0.8669x - 0.4848 R² = 0.9928

-2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0

lg x m

lgC

IV TRẢ LỜI CÂU HỎI:

1 Sự hấp phụ là gì?

Sự hấp phụ là hiện tượng thay đổi nồng độ của chất trên ranh giới pha

so với trong lòng của pha, nghĩa là trên bề mặt chất hấp phụ

2 Phân biệt sự hấp phụ vật lí với sự hấp phụ hóa học?

Các yếu tố

ảnh hưởng Sự hấp phụ vật lí Sự hấp phụ hóa học

Nhiệt

hấp phụ

Nhiệt hấp phụ lý học thường không lớn, gần bằng nhiệt hóa lỏng hay bay hơi của chất bị hấp phụ ở điều kiện hấp phụ

và thường nhỏ hơn 20

kJ.mol-1

Nhiệt hấp phụ hóa học khá lớn, từ 40 - 800 kJ.mol-1, gần bằng nhiệt của phản ứng hóa học Vì vậy nó tạo thành mối nối hấp phụ khá bền và muốn đẩy chất bị hấp phụ ra khỏi bề mặt xúc tác rắn cần nhiệt độ khá cao

Lượng

chất bị

hấp phụ

Hấp phụ lý học có thể tạo thành nhiều lớp đa lớp

Hấp phụ hóa học xảy ra rất

ít, không hơn một lớp trên

bề mặt xúc tác đơn lớp

Sự chọn

lọc hấp

phụ

Hấp phụ lý học không có

sự chọn lọc, tất cả các bề mặt chất rắn đều có tính chất hấp phụ lý học

Hấp phụ hóa học có tính chất chọn lọc cao, phụ thuộc vào tính chất bề mặt chất rắn và tính chất của chất bị hấp phụ

Nhiệt độ

Hấp phụ lý học thường xảy ra ở nhiệt độ thấp, khi nhiệt độ tăng thì lượng chất hấp phụ giảm

Hấp phụ hóa học thường tiến hành ở nhiệt độ cao, ở nhiệt độ thấp hay khi nhiệt

độ lớn hơn nhiệt độ tối ưu

thì lượng chất hấp phụ hóa

học đều giảm

Tính

chất của

các mối

nối hấp

phụ

Hấp phụ lý học không hình thành mối nối Sự tương tác giữa phân tử bị hấp phụ với các electron của chất rắn rất yếu Giữa chất rắn và phân tử bị hấp phụ được coi như là

2 hệ thống, không phải là một hợp chất thống nhất

Hấp phụ hóa học tạo thành mối nối bền vững và tính chất gần giống như mối nối hóa học Chúng có thể là mối nối hóa trị, ion, đồng hóa trị Trong qúa trình tạo thành mối nối có sự di chuyển điện tử giữa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ, tức

là có tác dụng điện tử phần

tử hấp phụ và bề mặt chất

rắn

Năng

lượng

hoạt hóa

hấp phụ

Hấp phụ lý học tiến hành rất nhanh và năng lượng hoạt hóa bằng không

Hấp phụ hóa học tiến hành chậm và có năng lượng hoạt hóa khá lớn gần bằng năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học, phụ thuộc bởi khoảng cách giữa các nguyên

tử trong chất bị hấp phụ và các trung tâm trên bề mặt

chất rắn

Tính

thuận

nghịch

của hấp

phụ

Hấp phụ lý học luôn là thuận nghịch do lực liên kết Van der Waals yếu

Hấp phụ hóa học không phải bao giờ cũng là quá trình thuận nghịch, thường chỉ là một chiều Tuỳ theo đặc tính mối nối liên kết hóa học mà

tính chất thuận nghịch ở quá trình hấp phụ khác nhau Có những quá trình hóa học khá bền vững, tạo thành các hợp chất hóa học, ví dụ như sự hấp phụ Oxygen lên kim loại tạo Oxyde kim loại, hoặc khi hấp phụ lên than cho CO

Trạng

thái của

chất bị

hấp phụ

Trạng thái và tính chất hóa lý của chất bị hấp phụ không thay đổi Lực giữa chất hấp phụ và chất

bị hấp phụ là lực Van der

Waals

Trạng thái của chất bị hấp phụ thay đổi hoàn toàn Lực giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ là liên kết cộng hóa trị hoặc phối trí, liên kết

ion…

Đường

biểu

diễn thế

năng hấp

phụ

Hấp phụ vật lý giúp đưa phân tử đến gần bề mặt chất hấp phụ mà không đỏi hỏi cung cấp nhiều năng lượng Sau đó sẽ có

sự chuyển dịch từ hấp phụ vật lý sang hấp phụ hóa học thông qua trạng thái chuyển tiếp

Một phân tử muốn tham gia vào quá trình hấp phụ hóa học cần có năng lượng đủ để vượt qua hàng rào năng lượng hoạt hóa E

3 Sự hấp phụ phụ thuộc vào những yếu tố nào?

Sự hấp phụ phụ thuộc vào bản chất chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ dung dịch (nếu sự hấp phụ xảy ra trong pha lỏng) hoặc áp suất (nếu sự hấp phụ xảy ra trong pha khí)

4 Cho biết nguyên tắc pha loãng hóa chất từ dung dịch ban đầu?

Nguyên tắc pha loãng:

- Bình 6: Lấy 50 ml dung dịch CH3COOH 2 M cho vào bình định mức 250

ml, thêm nước cất đến vạch định mức ta được dung dịch acid 0,4 M

- Bình 5: Lấy 125 ml dung dịch acid 0,4 M vừa pha cho vào bình định mức

250 ml rồi thêm nước cất đến vạch ta được dung dịch acid 0,2 M

- Bình 4,3,2: Thực hiện tương tự bình 5

- Bình 1: Từ bình 2 vừa pha loãng, lấy 100 ml dung dịch acid ở bình 2 cho vào bình định mức 200 ml rồi thêm nước cất đến vạch ta thu được dung dịch acid 0,0125 M

5 Tại sao cần xác định lại nồng độ bằng phép chuẩn độ?

Nồng độ acetic acid được pha loãng từ dung dịch ban đầu không phải dung dịch chuẩn và có thể xảy ra sai số trong quá trình thực hiện thao tác, nên cần chuẩn độ lại các bình acid vừa pha

6 Tại sao khi chuẩn độ, thể tích dung dịch đem đi chuẩn độ lại khác nhau ở mỗi bình?

Nguyên nhân xuất phát từ việc tính toán và dự đoán được thể tích NaOH cần dùng để chuẩn độ, tức thể tích NaOH cần đến điểm tương đương Sau

đó, điều chỉnh lại thể tích các bình acid cần lấy cho phù hợp, tiết kiệm hóa chất, tránh gây lãng phí