实验八十四固体在溶液中的吸附

实验八十四 固体在溶液中的吸附 一、实验目的 （1）测定活性炭在醋酸水溶液中对醋酸的吸附作用，并由此计算活性炭的比表面； （2）验证弗罗因德利希（Freundlich）经验公式和兰格缪尔(Langmuir)吸附公式； （3）了解固-液界面的分子吸附。 二、实验原理 对于比表面很大的多孔性或高度分散的吸附剂，象活性炭和硅胶等，在溶液中有较强的吸附能力。由于吸附剂表面结构的不同，对不同的吸附质有着不同的相互作用，因而吸附剂能够从混合溶液中有选择地把某一种溶质吸附。根据这种吸附能力的选择性，在工业上有着广泛的应用，如糖的脱色提纯等 吸附能力的大小常用吸附量 Г 表示之。Г 通常指每克吸附剂吸附溶质的物质的量，在恒定温度下，吸附量与溶液中吸附质的平衡浓度有关，弗罗因德利希（Freundlich）从吸附量和平衡浓度的关系曲线，得出经验方程： nkcmx1 (1) 式中：x 为吸附溶质的物质的量，单位为mol；m 为吸附剂的质量，单位为g；c 为平衡浓度，单位为mol·L-1；k，n 为经验常数，由温度、溶剂、吸附质及吸附剂的性质决定（n 一般在 0.1-0.5 之间）。 将（1）式取对数： lgГ = lg mx ＝ n1 lgc +lgk (2) 以 lgГ 对 lgc 作图可得一直线，从直线的斜率和截距可求得n 和 k。（1）式纯系经验方程式，只适用于浓度不太大和不太小的溶液。从表面上看，k 为c=1 时的 Г ，但这时（1）式可能已不适用。一般吸附剂和吸附质改变时，n 改变不大，而 k 值则变化很大。 兰格缪尔(Langmuir)根据大量实验事实，提出固体对气体的单分子层吸附理论，认为固体表面的吸附作用是单分子层吸附，即吸附剂一旦被吸附质占据之后，就不能再吸附。固体表面是均匀的，各处的吸附能力相同，吸附热不随覆盖程度而变，被吸附在固体表面上的分子，相互之间无作用力；吸附平衡是动态平衡，并由此导出下列吸附等温式，在平衡浓度为c 时的吸附量 Г 可用下式表示： ckck 1 (3) Г ∞为饱和吸附量，即表面被吸附质铺满单分子层时的吸附量。k 是常数，也称吸附系数。 将(3)式重新整理可得： c =k1+1 c (4) 以c对 c 作图，得一直线，由这一直线的斜率可求得Г∞，再结合截距可求得常数 k。这个 k 实际上带有吸附和脱附平衡的平衡常数的性质，而不同于弗罗因德利希方程式中的 k。 根据 Г∞的数值，按照兰格缪尔单分子层吸附的模型，并假定吸附质分子在吸附剂表面上是直立的，每...