ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМПЕРАТРИЦЫ ЕКАТЕРИНЫ II» Кафедра общей и физической химии Отчёт по лабораторной работе Физическая химия По дисциплине (наименование учебной дисциплины согласно учебному плану) Тема: Автор: студент гр. « Исследование кинетики молекулярной адсорбции» ИЗБ-22-1 (шифр группы) / Ашихмин Г. А. / (подпись) (Ф.И.О.) ОЦЕНКА: Дата: ПРОВЕРИЛ доцент (должность) Берлинский И.В. (подпись) Санкт-Петербург 2024 г (Ф.И.О.) Цель работы: установить продолжительность контакта фаз, достаточную для получения изотермы сорбции Ход работы: 1) Измеряемый объем уксусной кислоты отбирается в мерный цилиндр объемом 250 мл. 2) В начале эксперимента 5 мл уксусной кислоты были взяты с помощью мерной пипетки. 3) В полученную пробу добавляют четыре капли индикатора титрования фенолфталеина и дистиллированную воду. 4) Проба титруется раствором гидроксида натрия до получения малиновой окраски. 5) Для эксперимента берется навеска угля массой 15 г. 6) Навеска добавляется в колбу на шейкере, после чего шейкер включается. 7) Каждые три минуты шейкер останавливается, из него отбирается проба объемом 5 мл для дальнейшего проведения операций, описанных в пунктах 3 и 4. Оборудование и реактивы: Перемешивающее устройство (шейкер); бюретка объемом 25 мл – 1 шт.; мерный цилиндр объемом 250 мл – 1 шт.; мерная пипетка объемом 5 мл – 1 шт.; колба круглая объемом 500 мл – 1 шт.; колбы конические объемом 100 мл – 10 шт.; стакан химический объемом 150 мл – 1 шт.; стакан химический объемом 50 мл – 1 шт.; стакан химический объемом 250 – 300 мл – 1 шт.; гидроксид натрия – 0,1 н. раствор; фенолфталеин; растворы карбоновых кислот (муравьиной, уксусной). Результаты исследования: Масса навески угля g, г 15 Наименование слабой кислоты Уксусная Химическая формула слабой кислоты CH3COOH Ориентировочная концентрация слабой кислоты (указана на ёмкости с реагентом), моль/л 0,3 Концентрация раствора щелочи С(NaOH), экв./л 0,1 Объем аликвоты слабой кислоты Va, мл 250 Таблица 1 – Полученные данные № колбы Время, мин. VNaOH, мл 1 0 14,7 2 3 13,7 3 6 13,2 4 9 12,9 5 12 12,6 6 15 12,4 7 18 12,2 8 21 12,0 9 24 11,9 10 27 11,9 Обработка экспериментальных данных: Последовательно рассчитаны: 1) Сi C NaOHVi Va 0,1∗14,7 Сi= 5 = 0,294 моль л Таблица 2 – Изменение концентрации карбоновой кислоты в зависимость от продолжительности перемешивания № колбы Время, мин. VNaOH, мл С, моль/л 1 0 14,7 0,294 2 3 13,7 0,274 3 6 13,2 0,264 4 9 12,9 0,258 5 12 12,6 0,252 6 15 12,4 0,248 7 18 12,2 0,244 8 21 12,0 0,240 9 24 11,9 0,238 10 27 11,9 0,238 График 1 - Зависимость концентрации раствора уксусной кислоты от продолжительности перемешивания Зависимость концентрации раствора уксусной кислоты от продолжительности перемешивания 0,298 C, моль/л 0,288 0,278 0,268 0,258 0,248 0,238 0 5 10 15 20 25 30 t, мин 2) Сt − текущая концентрация, приведенная к исходному объему, моль/л, которую вычисляют по формуле: n Сt t , V0 где nt – количество вещества, оставшееся в растворе на текущий момент времени, nt рассчитывается по формуле: nt Сz (V0 zVпр ) , где Vпр – объем пробы, отобранный для последующего определения концентрации, Vпр = 5 мл; z – номер пробы. nt= 0,294*(250-10) =70,560 моль 70,560 Сt= 250 = 0,282 моль л 3) C∞ - величина равновесной концентрации кислоты в растворе, которую вычисляют по формуле С где n С10 (V0 50) n∞=0,238*(250-50) =47,600 n ; V0 47,600 С∞= 250 = 0,194 моль л Таблица 2 z t, мин Сz nt, моль zVпр Сt, моль/л Ln(Сt/C0) C0 C t C0 C t 1 3 0,294 70,560 10 0,282 0,041 0,118 1,732 2 6 0,274 63,020 20 0,252 0,083 0,275 2,449 3 9 0,264 58,080 30 0,232 0,128 0,454 3,000 4 12 0,258 54,180 40 0,217 0,174 0,648 3,464 5 15 0,252 50,400 50 0,202 0,223 0,873 3,873 6 18 0,248 47,120 60 0,188 0,274 1,108 4,243 7 21 0,244 43,920 70 0,176 0,329 1,374 4,583 8 24 0,240 40,800 80 0,163 0,386 1,680 4,899 Построим зависимость ln(C0/Ct) = f(t), проведем для нее линию тренда, а также покажем уравнение и величину достоверности аппроксимации R2. -ln(Ct/C0) График 2 1,800 1,600 1,400 1,200 1,000 0,800 0,600 0,400 0,200 0,000 y = 0,0739x - 0,181 R² = 0,9891 0 5 10 15 20 25 t, мин Построим зависимость C0 C t от C0 C t , проведем для нее линию тренда, а также покажем уравнение и величину достоверности аппроксимации R2. График 3 C0 C t C0 C 1,600 1,400 y = 0,4872x - 0,9037 R² = 0,9439 1,200 1,000 0,800 0,600 0,400 0,200 0,000 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 4,500 5,000 5,500 t, мин Сопоставляем величины R2 для зависимостей графика 2 и 3 и выбираем вариант с R2 более близким к 1 (в данном случае лимитирующей стадией является процесс внешней диффузии). Для данного варианта лимитирующей стадии, по значению углового коэффициента уравнения линии тренда определяем величину константы скорости процесса (0,074 моль/л * мин). Вывод: В ходе эксперимента была установлена продолжительность контакта фаз (24 минуты), достаточную для получения изотермы сорбции. Таже была определена величина константы скорости процесса (0,074 моль/л * мин).
