Báo cáo thí nghiệm môn hóa lý – công nghệ vật liệu bài 1 hấp phụ trên ranh giới lỏng rắn

BAO CAO THI NGHIEM HOA LY | GVHD Nguyễn Xuân Thanh Trâm TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ((((((((( BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN HÓA LÝ – CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU MSMH 2038 LỚP L07 –[.]

BAO CAO THI NGHIEM HOA LY | GVHD: Nguyễn Xuân Thanh Trâmn Xuân Thanh Trâm TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MƠN HĨA LÝ – CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU MSMH:2038 LỚP: L07 – NHÓM: GVHD: TS Nguyễn Xuân Thanh Trâm Họ Tên MSSV : Thái Trung Hiếu - 1913360 Nguyễn Thành Tiến - 1915476 Nguyễn Hải Anh - 1811427 Thành phố HCM ngày 25 tháng năm 2021 BAO CAO THI NGHIEM HOA LY | GVHD: Nguyễn Xuân Thanh Trâmn Xuân Thanh Trâm MỤC LỤC Bài 1: HẤP PHỤ TRÊN RANH GIỚI LỎNG - RẮN Cơ Sở Lý Thuyết: Dụng Cụ - Hóa Chất 3.Thực Hành Kết Quả: 5 Nhận Xét: Bài 2: SỨC CĂNG BỀ MẶT HẤP PHỤ TRÊN RANH GIỚI LỎNG – KHÍ .7 Lý thuyết Thực nghiệm .8 Biện luận kết .10 TÀI LIỆU THAM KHẢO 13 BAO CAO THI NGHIEM HOA LY | GVHD: Nguyễn Xuân Thanh Trâmn Xuân Thanh Trâm PHỤ LỤC BẢNG Bảng 1.1: Bảng nồng độ Bảng 1.2: Thể tích dung dịch để định phân Bảng 1.3: Các số liệu sau xử lí Bảng 2.1: Dụng cụ xác định sức căng bề mặt 10 Bảng 2.2: Hoá chất xác định sức căng bề mặt 10 Bảng 2.3: Kết đo sức căng bề mặt 11 Bảng 2.4: Bảng nồng độ sức căng bề mặt 11 PHỤ LỤC ĐỒ THỊ Đồ thị 1.1: Đồ thị lnΓ – lnC Đồ thị 1.2: Đồ thị C/Γ theo C Đồ thị 2.1: Đồ thị đường cong C- σ 12 BAO CAO THI NGHIEM HOA LY | GVHD: Nguyễn Xuân Thanh Trâmn Xuân Thanh Trâm Bài 1: HẤP PHỤ TRÊN RANH GIỚI LỎNG - RẮN Mục đích: Khảo sát hấp phụ acid acetic dung dịch than hoạt tính thiết lập đường đẳng nhiệt hấp phụ tương ứng Cơ Sở Lý Thuyết: Danh từ hấp phụ dùng để mô tả tượng chất (dưới dạng phân tử, nguyên tử hay ion) có khuynh hướng tập trung, chất chứa bề mặt phân chia pha Trong trường hợp chất hấp phụ rắn, thường chất có bề mặt riêng (tổng diện tích gam chất rắn) lớn, có giá trị vào khoảng 10 – 1000 m 2/g Các chất hấp phụ rắn thường dùng là: than hoạt tính, silicagel (SiO2), alumin (Al2O3), zeolit… Trong hấp phụ chất bề mặt chất hấp phụ rắn, nguyên nhân chủ yếu hấp phụlà lượng dư bề mặt ranh giới phân chia pha rắn – khí hay rắn – lỏng Các lực tương tác hấp phụ lực Van der Waals (hấp phụ vật lý) hay lực gây nên tương tác hóa học (hấp phụ hóa học) hay hai loại tương tác tác dụng Lượng chất bị hấp phụ bề mặt chất hấp phụ tùy thuộc vào: - Bản chất chất hấp phụ chất bị hấp phụ - Nồng độ chất tan - Nhiệt độ Thực nghiệm thí nghiệm nhiệt độ khơng đổi, ta đo số mol chất bị hấp phụ 1g chất hấp phụ rắn Γ nồng độ chất tan khác (C) Đường biểu diễn Γ - C gọi đường đẳng nhiệt hấp phụ Một số phương trình thực nghiệm lý thuyết sử dụng để biểu thị đường đẳng nhiệt hấp phụ: Freundlich, Langmuir, BET… 1.1 Phương trình Freundlich - Đây phương trình thực nghiệm, áp dụng cho hấp phụ chất khí hay chất hồ tan dung dịch Γ = K C1/n - Trong K 1/n số khơng có ý nghĩa vật lý - C nồng độ dung dịch hấp phụ đạt cân - Viết dạng logarit logΓ = 1/n logC + logK - Như biểu thị logΓ theo logC, ta đường thẳng có hệ số góc 1/n tung độ góc logK BAO CAO THI NGHIEM HOA LY | GVHD: Nguyễn Xuân Thanh Trâmn Xuân Thanh Trâm - Phương trình Freundlich thường thích hợp khoảng nồng độ (hay áp suất) trung bình, nồng độ thấp Γ thường tỷ lệ thuận với C nồng độ cao Γ thường đạt tới trị số giới hạn độc lập với C 1.2 Phương trình Langmuir - Đây phương trình lý thuyết, áp dụng cho hấp phụ đơn lớp:    kC    kC Trong đó: θ : độ che phủ bề mặt Γ∞ : số mol tối đa chất bị hấp phụ 1g chất rắn cho phân tử tạo thành đơn lớp k : số Có thể viết lại phương trình dạng: C C      k Vậy biểu thị C/Γ ta đường thẳng có hệ số góc 1/Γ∞ tung độ góc 1/ kΓ∞ Từ phương trình Langmuir, xác định bề mặt riêng S chất hấp phụ theo công thức: S0 = Γ∞ N A0 Trong N: số Avogadro = 6,023.1023 A0: diện tích chiếm chỗ trung bình phân tử chất bị hấp phụ (khi hấp phụ o gọi đơn lớp) Chẳng hạn với CH3COOH, A0 CH3COOH = 21 A 2 Dụng Cụ - Hóa Chất 2.1 Dụng cụ: - Becher 250 ml : - Becher 100 ml : - Phễu lọc : - Burette 25ml : - Quả bóp cao su : - Bình xịt nước cất : - Erlen 100ml : - Pipette 10ml : o - Nhiệt kế 100 C : - Giấy lọc BAO CAO THI NGHIEM HOA LY | GVHD: Nguyễn Xuân Thanh Trâmn Xuân Thanh Trâm 2.2 Hóa chất: - CH3COOH 0,2M - Nước cất - Than hoạt tính - NaOH 0,1N - Phenolphtalein 1% 3.Thực Hành - Dùng acid acetic CH3COOH 0,2M nước cất, pha loãng dung dịch sau bình nón có nút nhám Bảng 1.1: Bảng nồng độ Bình CH3COOH (ml) Nước cất (ml) 50 40 30 20 10 10 20 30 40 45 - Lắc bình vừa pha - Dùng cân phân tích cân mẫu than hoạt tính, mẫu 1g - Cho vào bình chứa dung dịch CH3COOH mẫu than, đậy nút lắc mạnh vài phút Để yên 10 phút lắc mạnh vài phút Để yên 30 phút xong đem lọc - Ghi nhiệt độ thí nghiệm Nước qua lọc định phân dung dịch NaOH 0,1N với thị phenolphtalein - Với bình 1, 2, định phân lần, lần ml nước qua lọc - Với bình 4, định phân lần, lần 10 ml nước qua lọc - Với bình định phân lần, lần 20 ml nước qua lọc Lưu ý: than hoạt tính dùng đem rửa lại nước nóng sau lọc, sấy cho vào chai để thu hồi lại Kết Quả: 4.1 Kết thô: lập thành bảng ghi giá trị thu định phân dung dịch NaOH Bảng 1.2: Thể tích NaOH dung để định phân Bình Lần 9.2 7.4 5.3 7.3 3.3 3.1 Lần 9.3 7.5 5.3 7.1 3.4 3.1 Lần 9.3 7.4 5.3 7.1 3.4 3.2 BAO CAO THI NGHIEM HOA LY | GVHD: Nguyễn Xuân Thanh Trâmn Xuân Thanh Trâm 4.2 Kết tính: ghi theo bảng: Bảng 1.3: Các số liệu sau xử lý Bình C0 (M) C (M) lnC 0.20 0.18530 -1.6858 0.16 0.14850 -1.9255 0.12 0.10630 -2.2415 0.08 0.07185 -2.6332 0.04 0.03385 -3.3858 0.02 0.01575 -4.1509 Γ (mol/g) 73.5 x10-3 71.00 x10-3 68.50 x10-3 40.75 x10-3 30.75 x10-3 21.25 x10-3 lnΓ -2.6105 -2.6451 -2.6809 -3.2003 -3.4819 -3.8514 C/Γ 2.5211 2.0535 1.5518 1.7632 1.1008 0.7412 Đồ thị1.1: Đồ thị lnΓ - lnC Ta có phương trình: lnΓ= 1/n lnC + lnk Tương đương y= 0.5398x – 1.6367 Suy 1/n = 0.5398 lnk = - 1.6367 Vậy k= 0.1946 BAO CAO THI NGHIEM HOA LY | GVHD: Nguyễn Xuân Thanh Trâmn Xuân Thanh Trâm Đồ thị 1.2: Đồ thị C/Γ theo C Ta có phương trình : C / Γ = ( C / Γ∞ ) + ( / kΓ∞ ) Tương đương: y= 9.3087x + 0.7507 Ta được: 1/ Γ∞ = 9.3087 → Γ∞ = 0.1074 (1/kΓ∞) = 0.7507 → k = 0.1431 Và So = Γ∞ N Ao = 13584.2742 m2/g Nhận Xét: Cả hai phương trình lnΓ - lnC; C/Γ theo C phù hợp với trình hấp phụ CH3COOH than hoạt tính Nhưng sai số q trình tính tốn, ghi nhận số liệu nên kết S0 thu lớn diện tích bề mặt riêng than hoạt tính * Diện tích bề mặt riêng than hoạt tính: 500 -2500 m 2/g (nguồn: Gỉai pháp xử lý nước chuyên nghiệp - Tân Việt Xanh, truy cập: https://tanvietxanh.com/san-phamtieu-bieu/tong-quan-ve-than-hoat-tinh) BAO CAO THI NGHIEM HOA LY | GVHD: Nguyễn Xuân Thanh Trâmn Xuân Thanh Trâm Bài 2: SỨC CĂNG BỀ MẶT HẤP PHỤ TRÊN RANH GIỚI LỎNG – KHÍ Mục Tiêu: - Sinh viên thành thạo phương pháp đo sức căng bề mặt dung dịch tượng mao dẫn - Xác định phụ thuộc độ hấp phụ vào nồng độ dung dịch - Có thể đánh giá khả hoạt động bề mặt chất từ kết đo sức căng bề mặt Lý thuyết Xác định sức căng bề mặt Trong phương pháp đo chiều cao cột mao quản, phương trình tính sức căng bề mặt cho sau:   hg ( dyne.cm  ) Trong đó: h: độ cao cột chất lỏng mao quản (cm) g: gia tốc trọng trường (cm.s-2) ρ: khối lượng riêng chất lỏng (g.cm-3 ) r: bán kính mao quản (cm) Nếu sử dụng ống mao quản xem khối lượng riêng dung dịch loãng khối lượng riêng dung môi nguyên chất xấp xỉ nhau, thì:  (dd ) h(dd )   (dm) h(dm) Nếu dung môi nước, 250C, σ H2O = 71.8 dyne cm-1 , thì: h(dd )  ( dd ) 71.8  h( dm) Xác định h(dd) h(dm) thực nghiệm, từ xác định sức căng bề mặt dung dịch với nồng độ khác Thực nghiệm 2.1 Dụng cụ hóa chất Bảng 2.1 Dụng cụ xác định sức căng bề mặt BAO CAO THI NGHIEM HOA LY | GVHD: Nguyễn Xuân Thanh Trâmn Xuân Thanh Trâm STT Dụng cụ Đơn vị Số lượng Ống mao quản (đường kính 1.5 mm) Đĩa Petri thủy tinh 80 x 15mm) Ống đong 50 ml Hộp Cái Cái 1 Becher 250 ml Pipet 10 ml Nhiệt kế rượu 100oC Cái Cái Cái Bình xịt nước cất Cái Thước đo Cái Bảng 2.2 Hoá chất xác định sức căng bề mặt STT Hóa chất Đơn vị Số lượng Chất tẩy rửa dụng cụ thủy tinh (0.5 lít) Chai ml ml 60 300 n-butanol 0.6M Nước cất 2.2 Tiến hành thí nghiệm *Bước 1: Rửa mao quản Nếu cột chất lỏng mao quản bị đứt khúc nhiều đoạn tức mao quản chưa rửa sạch, phải rửa lại nước tẩy rửa, sau tráng lại nhiều lần nước cất Dùng giấy lọc lau làm khô đầu mao quản * Bước 2: Đo chiều cao chất lỏng mao quản: + Với nước cất: Cho 20 ml nước cất vào đĩa petri, mực chất lỏng ngập đầu mao quản không cm Đặt mao quản vào đĩa petri, giữ mao quản thẳng đứng Ghi lại giá trị chiều cao nước cất dâng lên ống mao quản (h2), chiều cao mực chất lỏng bên mao quản (h1) Với h độ cao dâng lên cột chất lỏng cần xác định h=h2-h1 + Với dung dịch n-butanol có nồng độ khác nhau: - Sử dụng đĩa petri khác - Cho dd n-butanol 0.6 M (tương tự thể tích nước cất thí nghiệm trên) với thể tích 20 ml vào đĩa petri lặp lại tương tự thí nghiệm xác định độ cao dâng lên cột chất lỏng mao quản - Sau pha lỗng dd đo ban đầu (n-butanol 0.6 M) cách rút ½ thể tích dung dịch n-butanol tương đương 10 ml dd butanol thay 10 ml nước chất Lúc đĩa petri gồm có 10 ml dd n-butanol 0.6M 10 ml nước cất, tiến hành khuấy đo độ cao dâng lên cột chất lỏng tương tự sau tráng mao quản nhiều lần dung dịch vừa pha - Tiếp tục pha loãng lần (lấy 10 ml dd thêm 10 ml nước cất) đo độ cao cột chất lỏng 10 BAO CAO THI NGHIEM HOA LY | GVHD: Nguyễn Xuân Thanh Trâmn Xuân Thanh Trâm - Lặp lại q trình 10 lần (tương ứng pha lỗng 10 lần), ghi lại giá trị h vào bảng kết Ghi nhiệt độ thí nghiệm(để tra giá trị sức căng bề mặt dung môi nước nhiệt độ tiến hành thí nghiệm) Lặp lại thí nghiệm lần ghi lại giá trị vào bảng kết thí nghiệm đây: 11 BAO CAO THI NGHIEM HOA LY | GVHD: Nguyễn Xuân Thanh Trâmn Xuân Thanh Trâm 2.3 Kết thí nghiệm Bảng số liệu 2.3 Kết đo sức căng bề mặt: Dung dịch đo Nước cất n-butanol 0.6M Pha loãng lần Pha loãng lần Pha loãng lần Pha loãng lần Pha loãng lần Pha loãng lần Pha loãng lần Pha loãng lần Pha loãng lần Pha loãng lần 10 0.4 0.5 0.5 0.5 0.4 0.4 0.5 0.4 0.4 0.5 0.4 0.4 h2 Lần 1.4 1.2 1.6 1.5 1.5 1.5 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 Lần 1.4 1.2 1.6 1.5 1.5 1.5 1.4 1.4 1.3 1.4 1.4 1.4 Lần 1.5 1.3 1.6 1.7 1.5 1.5 1.4 1.3 1.3 1.4 1.4 1.4 h2(tb) h ToC 1.43 1.23 1.60 1.56 1.5 1.5 1.4 1.36 1.33 1.4 1.4 1.4 1.03 0.73 1.10 1.16 1.10 1.10 0.90 0.96 0.93 0.90 1.00 1.00 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 29 Cơng thức tính toán cho nồng độ sức căng mặt đây: C (i  1) 0.01 0.02 h(dd )  ( dd ) 71.8  h( dm) CMi  Bảng 2.4 Bảng nồng độ sức căng bề mặt STT Nồng độ CM Sức căng bề mặt σ(dd) 0.3 76.68 0.15 80.86 0.075 76.68 0.0375 76.68 0.01875 62.73 -3 9.375 x 10 66.92 -3 4.6875 x 10 64.83 -3 2.34375 x 10 62.74 -3 1.171875 x 10 69.71 -4 10 5.859375 x 10 69.71 12 BAO CAO THI NGHIEM HOA LY | GVHD: Nguyễn Xuân Thanh Trâmn Xuân Thanh Trâm Biện luận kết 3.1 Vẽ đồ thị đường cong nồng độ sức căng bề mặt (Trong trục nằm ngang thể nồng độ trục thẳng đứng thể sức căng bề mặt) Đồ thị 2.1 Đồ thị đường cong C- σ 3.2 Nhận xét Ta dùng dung mơi đo H2O nước có sức căng bề mặt lớn nước phân cực mạnh n-butanol Khi pha lỗng, n-butanol có sức căng bề mặt tăng thấp sức căng nước n-butanol tan tốt vào H 2O tạo dung dịch tương đối đồng Qua lần pha lượng n-butanol ít, lượng nước tăng đến lúc sức căng bề mặt tăng chậm lúc cịn lại chủ yếu H2O Và điều cần phải lưu ý rằng, đo sức căng bề mặt ta làm nên làm nơi khơng có gió nhiệt độ cao dẫn đến kết khơng xác TÀI LIỆU THAM KHẢO 13 BAO CAO THI NGHIEM HOA LY | GVHD: Nguyễn Xuân Thanh Trâmn Xuân Thanh Trâm [1] Nguyễn Ngọc Hạnh Thí nghiệm hố lý, TPHCM: Đại học quốc gia TPHCM, năm 2016 [2] Bộ mơn hố lý Sổ tay tóm tắt đại lượng hố lý, Hà Nội: Đại học Bách Khoa Hà Nội, năm 2012 14