Задания для самостоятельной внеаудиторной работы студетов по указанной теме

КОМИ ФИЛИАЛ

Государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «КИРОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ»

Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации

Кафедра химии, физики, биологии

Методические указания для студентов 1 курса

Специальности (направления подготовки) 060101 – Лечебное дело

по самостоятельной внеаудиторной работе

по дисциплине Химия

ТЕМА: Поверхностные явления. Адсорбция.

ЦЕЛЬ: Изучение причин и закономерностей поверхностных явлений (на примере адсорбции) на различных видах межфазных поверхностей.

ЗАДАЧИ:

1. Познакомиться с практическим применением и медико-биологическим значением адсорбционных явлений.

2. Количественно изучить адсорбцию уксусной кислоты на активированном угле.

СТУДЕНТ ДОЛЖЕН ЗНАТЬ:

1. до изучения темы: Понятие поверхностно-активные вещества, строение и свойства.

2. после изучения темы: Изотермы адсорбции. Теорию мономолекулярной адсорбции. Основы потенциометрии. Уравнения Гиббса, Ленгмюра и Фрейдлиха, правило Дюкло-Траубе.

СТУДЕНТ ДОЛЖЕН УМЕТЬ:

Строить изотерму адсорбции, эмпирически определять константы Фрейдлиха.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ВНЕАУДИТОРНОЙ РАБОТЫ СТУДЕТОВ ПО УКАЗАННОЙ ТЕМЕ

1) Ознакомиться с теоретическим материалом по теме занятия с использование конспектов лекций и рекомендуемой учебной литературы.

2) Ответить на вопросы самоконтроля

1. Сформулируйте понятия: фаза, гомогенная и гетерогенная система.

2. Что называют дисперсностью вещества, степенью дисперсности, дисперсной системой, дисперсной фазой, дисперсионной средой? Как классифицируют состояние вещества по степени дисперсности?

3. Приведите классификацию дисперсных систем по агрегатному состоянию образующих их фаз.

4.Каковы особенности состояния вещества на границе раздела фаз? Что такое избыточная поверхностная энергия и пограничное (поверхностное) натяжение? Каковы возможные пути самопроизвольного уменьшения поверхностного натяжения?

5. Сформулируйте определения понятий: сорбция, сорбент, сорбат (сорбтив). Как классифицируют сорбционные процессы в зависимости от механизма сорбции? Какова природа адсорбционных сил? Как влияет температура на равновесие процессов адсорбции - десорбции?

6. В чем состоят особенности адсорбции paстворенных веществ на поверхности раздела между жидкостью и газом? Как классифицируют вещества по их поверхностной активности? Каково строение и ориентация молекул поверхностно-активных веществ на границе раздела фаз? Запишите уравнение Гиббса и объясните смысл входящих в него величин. Что такое положительная и отрицательная адсорбция? Сформулируйте правило Дюкло-Траубе.

7. Как Вы представляете процесс адсорбции вещества из газовой фазы на поверхности твердого адсорбента? Какова зависимость количества адсорбированного вещества oт величины и состояния адсорбирующей поверхности, природы адсорбента и адсорбата, а также от внешних условий? Что такое удельная адсорбция, предельная адсорбция? Приведите основные положения теории мономолекулярной адсорбции Ленгмюра.

8. Каковы возможные варианты взаимодействия жидкости с твердой поверхностью (смачивание) и как классифицируют адсорбенты в зависимости от их смачиваемости водой? Охарактеризуйте влияние смачиваемости поверхности адсорбента растворителем на адсорбируемость растворенного вещества - неэлектролита или слабого электролита. В чем заключается правило уравнивания полярностей?

9. Какова основная закономерность адсорбции сильных электролитов из растворов на твердой поверхности (ионная адсорбция)? Сформулируйте правило Панета-Фаянса.

10. Какова природа явления ионного обмена (ионообменной адсорбции) и в чем состоит отличие ионнообменной адсорбции от ионной? Приведите классификацию ионообменных материалов (ионитов), охарактеризуйте структуру ионитов с точки зрения природы ионогенных групп.

11. Приведите примеры применения физической адсорбции и ионного обмена в промышленности, технике, медицине и лабораторной практике, охарактеризуйте медико-биологическое значение адсорбционных и ионообменных явлений.

3) Проверить свои знания с помощью тестового контроля

1. Адсорбция – это процесс

1) прилипания вещества к твердой поверхности

2) накопления вещества на поверхности раздела фаз

3) поглощения вещества объемом фазы

4) разделения сложных веществ на отдельные фазы

2. Изменение концентрации вещества на поверхности раздела по сравнению с объемом контактирующих фаз называется

1) адсорбцией 2) десорбцией 3) абсорбцией 4) конденсацией

3. Движущей силой адсорбции является

1) уменьшение энтальпии системы 2) уменьшение свободной энергии Гиббса

3) увеличение энтропии системы 4) увеличение свободной поверхности

4. Процессы на поверхности раздела фаз протекают самопроизвольно, т.к. поверхностная энергия системы ∆G

1) возрастает 2) уменьшается 3) не изменяется 4) равна нулю

5. Изотерма адсорбции – это функциональная зависимость адсорбции от

1) температуры 2) концентрации адсорбата

3) времени адсорбции 4) концентрации адсорбента

6. Адсорбентом называется

1) вещество, поглощаемое из объема фазы на поверхности раздела

2) вещество, на поверхности которого происходит поглощение других веществ из газовой или жидкой фазы

3) вещество, увеличивающее поверхностное натяжение

4) вещество, уменьшающее поверхностное натяжение

7. Адсорбция кислорода на алюминиевой пластинке относится к ….. виду адсорбции

1) физическому 2) химическому 3) молекулярному 4) ионному

8. Поверхностно-активные вещества (ПАВ)

1) накапливаются в глубине жидкости и уменьшают поверхностное натяжение

2) накапливаются на поверхности жидкости и уменьшают поверхностное натяжение

3) не изменяют поверхностное натяжение

4) накапливаются в глубине жидкости и увеличивают поверхностное натяжение

9. Молекулы поверхностно-активных веществ

1) гидрофильны 2) гидрофобны 3) дифильны 4) электрофильны

10. относятся к поверхносто-активным веществам

1) Na₂CO₃ 2) CН₃(СН₂)₁₂CH₃ 3) CH₃(CH₂)₁₂COOH 4) C₆H₁₂O₆

11. Если растворитель вода, то молекулы поверхностно-активного вещества, адсорбируясь на поверхности раздела фаз, ориентируются к растворителю

1) неполярным «хвостом» 2) полярной «головкой»

3) параллельно поверхности раздела фаз 4) не адсорбируются, остаются в глубине жидкости

12. При растворении в воде стирального порошка (ПАВ) поверхностное натяжение воды

1) не изменяется 2) увеличивается

3) уменьшается 4) сначала увеличивается, а затем уменьшается

13. Величина поверхностной энергии уменьшается при: а) увеличении поверхности; б) уменьшении поверхности; в) увеличении поверхностного натяжения; г) уменьшении поверхностного натяжения

1) б, г 2) б, в 3) а, в 4) а, г

14. Уменьшение поверхностной энергии Гиббса происходит за счет самопроизвольного

1) уменьшения межфазной поверхности 2) увеличения межфазной поверхности

3) изменение межфазной поверхности на влияет на поверхностную энергию

4) нет верного ответа

15. Выберите верное утверждение

1) чем больше энергия межмолекулярных взаимодействий, тем меньше величина поверхностного натяжения

2) чем меньше энергия межмолекулярных взаимодействий, тем меньше величина поверхностного натяжения

3) величина поверхностного натяжения не зависит от энергии межмолекулярных взаимодействий

4) нет верного утверждения

16. При увеличении температуры поверхностное натяжение

1) уменьшается 2) увеличивается 3) не изменяется 4) равно нулю

17. Единицы измерения поверхностного натяжения

1) Н/м 2) Н/м² 3) Дж/м 4) Дж/моль•К

18. Изотерма поверхностного натяжения отражает зависимость

1) коэффициента поверхностного натяжения от концентрации вещества в экспериментально найденном интервале температур

2) коэффициента поверхностного натяжения от концентрации вещества в заданном интервале температур

3) коэффициента поверхностного натяжения от концентрации вещества при постоянной температуре

4) коэффициента поверхностного натяжения от величины адсорбции при постоянной температуре

19. Поглощение вещества всей массой адсорбента называется

1) адсорбцией 2) абсорбцией 3) сорбцией 4) десорбцией

20. Поглощение вещества поверхностью адсорбента называется

1) адсорбцией 2) абсорбцией 3) сорбцией 4) десорбцией

21. Адсорбция – экзотермический процесс, поэтому при увеличении температуры величина адсорбции

1) уменьшается 2) увеличивается 3) не меняется 4) одинакова

22. Адсорбция газов на твердых адсорбентах – экзотермический процесс, поэтому величина адсорбции при охлаждении

1) уменьшается 2) увеличивается 3) не меняется 4) одинакова

23. Изотерма адсорбции на подвижной поверхности раздела отражает зависимость

1) величины адсорбции от равновесной концентрации вещества в интервале температур

2) величины адсорбции от температуры при постоянной концентрации вещества

3) величины адсорбции от равновесной концентрации вещества при постоянной температуре

4) величины адсорбции от начальной концентрации вещества при постоянной температуре

24. Газы конденсируются тем легче, чем

1) труднее они сорбируются на твердых адсорбентах

2) легче они сорбируются на твердых адсорбентах

3) процесс адсорбции не зависит от температуры конденсации газов

4) нет верного ответа

25. Неполярным адсорбентом является

1) уголь 3) силикагель

2) глина 4) речной песок

26. Полярным адсорбентом является

1) уголь 3) холестерин в воде

2) силикагель 4) сажа

27. Изотерма адсорбции показывает зависимость адсорбции от

1) температуры 3) давления

2) концентрации 4) объема

28. Уравнением Фрейндлиха является

1) Г = К_ф ∙ С 2) Г = ∙ Сⁿ 3) Г = К_ф ∙ n ∙ C 4) Г = К_ф ∙ Сⁿ

29. Уравнением Лэнгмюра является

1) Г = Г_∞ ∙ 2) Г_∞ = Г ∙ 3) Г = Г_∞ ∙ 4) Г_∞ = Г ∙

30. На 10 г угля адсорбируется 120 ммоль масляной кислоты из водного раствора. Адсорбция угля равна

1) 36 ммоль/г 3) 12 ммоль/г

2) 24 ммоль/г 4) 1,2 ммоль/г

31. Гемосорбция – это

1) удаление из крови токсинов с помощью высокоспецифичных сорбентов

2) введение веществ, способствующих снижению холестерина в крови

3) модификация форменных элементов крови

4) введение в кровь веществ, способствующих образованию тромбов

32. Активированный уголь - гидрофобный адсорбент и лучше адсорбирует

1) полярные вещества из неполярных растворителей

2) неполярные вещества из полярных растворителей

3) полярные вещества из полярных растворителей

4) неполярные вещества из неполярных растворителей

33. Силикагель лучше адсорбирует вещества из растворов с

1) полярным растворителем

2) неполярным растворителем

3) в одинаковой степени

4) полярность растворителя не влияет на адсорбцию

34. При адсорбции из водных растворов на угле стеарат натрия ориентируется в сторону угля

1) гидрофобным концом 2) ориентация может быть любой

3) карбоксильной группой 4) гидрофильным концом

35. Олеат натрия из водного раствора будет лучше адсорбироваться

1) на угле 2) на силикагеле

3) в равной степени и на угле, и на силикагеле 4) адсорбция не происходит

36. Согласно правилу Дюкло-Траубе, поверхностная активность с увеличением длины углеводородного радикала на одну -СН₂-группу

1) увеличивается в 3-3,5 раза 2) уменьшается в 3-3,5 раза

4) не изменяется 4) изменяется не закономерно.

37. Выберите верное утверждение

1) чем меньше длина углеводородного радикала и больше полярность, тем больше поверхностная активность

2) чем больше длина углеводородного радикала и меньше полярность, тем больше поверхностная активность

3) чем меньше длина углеводородного радикала и меньше полярность, тем больше поверхностная активность

4) нет верного утверждения

38. Расположите спирты в порядке увеличения поверхностной активности: а) метанол; б) бутанол-1; в) этанол; г) пропанол-1

1) а, в, г, б 2) б, г, в, а 3) а, б, г, в 4) б, в, г, а

39. Ионы электролитов лучше адсорбируются на

1) полярных адсорбентах 2) неполярных адсорбентах

3) в одинаковой степени 4) природа адсорбента значения не имеет

40. Из ионов одинакового заряда максимальную адсорбционную способность проявляют ионы

1) наибольшего радиуса 2) величина радиуса не имеет значения

3) наименьшего радиуса 4) более электроотрицательные

41. К поверхностно-активным веществам относятся вещества, обладающие

1) положительной поверхностной активностью, при этом адсорбция отрицательная

2) отрицательной поверхностной активностью, при этом адсорбция положительная

3) положительной поверхностной активностью, при этом адсорбция положительная

4) отрицательной поверхностной активностью, при этом адсорбция отрицательная

42. К поверхностно-инактивным веществам относятся вещества, обладающие

1) положительной поверхностной активностью, при этом адсорбция отрицательная

2) отрицательной поверхностной активностью, при этом адсорбция положительная

3) положительной поверхностной активностью, при этом адсорбция положительная

4) отрицательной поверхностной активностью, при этом адсорбция отрицательная

43. Выберите поверхностно-инактивные вещества: а) NaNO₃; б) NaOH; в) пальмитат калия; г) H₂SO₄; д) бутановая кислота

1) все 2) а, б, г 3) а, б, г, д 4) в, д

44. Выберите поверхностно-активные вещества: а) NaCl; б) желчные кислоты; в) стеарат натрия; г) Na₂SO₄; д) фосфолипиды

1) все 2) б, в, д 3) а, г 4) б, в

45. Выберите поверхностно-инактивные вещества: а) KOH; б) Na₃РО₄; в) H₂SO₄; г) СH₃СООН; д) C₁₇H₃₅COONa

1) г, д 2) а, б, в 3) а, б, в, г 4) а, б

46. Выберите поверхностно-активные вещества: а) NaCl; б) К₂SO₄; в) олеат натрия; г) желчные кислоты; д) липиды

1) а, б 2) в, г, д 3) в, г 4) все

47. Выберите поверхностно-активные вещества: а) сахароза; б) фосфолипиды; в) желчные кислоты; г) белки

1) все 2) б, в, г 3) в, г 4) а, в, г

48. Из ионов одинакового заряда максимальную адсорбционную активность проявляют ионы

1) наибольшего радиуса 2) величина радиуса не имеет значения

3) наименьшего радиуса 4) нет правильного варианта ответа

49. Минимальной адсорбционной способностью из ионов К⁺, Са⁺², Аl⁺³ обладает

1) К⁺ 2) Са⁺² 3) Al⁺³ 4) адсорбционная способность катионов одинакова

50. Максимальной адсорбционной способностью из ионов К⁺, Са⁺², Аl⁺³ обладает

1) К⁺ 2) Са⁺² 3) Al⁺³ 4) адсорбционная способность катионов одинакова

4) Выполнить следующие задания - подготовится к лабораторной работе «Изучение адсорбции уксусной кислоты на активированном угле»

2) Цель работы: Определить величину адсорбции уксусной кислоты из ее водного раствора на неполярной поверхности активированного угля на основе колориметрического и потенциометрического титрования раствора кислоты до и после адсорбции. Определить параметры уравнений Ленгмюра и Фрейндлиха, удельную поверхность адсорбента S_уд, определить рК_а уксусной кислоты потенциометрическим методом.

3) Методика проведения работы.

1) В мерной колбе вместимостью 100 мл приготовить путем разбавления одномолярного раствора уксусной кислоты раствор заданной концентрации. Для этого рассчитать необходимый объем исходного 1 М раствора CH₃COOH, отобрать его из бюретки в мерную колбу на 100 мл, разбавить дистиллированной водой до метки, тщательно перемешать.

2) В коническую колбу отобрать пипеткой 50 мл приготовленного раствора уксусной кислоты, внести 1 г толченого активированного угля и интенсивно перемешивать суспензию в течение 20-25 мин. до установления адсорбционного равновесия.

3) Заполнить бюретку 0,1 М рабочим раствором щелочи.

4) Уточнить начальную концентрацию С_нач уксусной кислоты в приготовленном растворе. Для этого рассчитать оптимальный объем аликвоты, исходя из величины заданной концентрации и концентрации рабочего раствора щелочи, отобрать аликвоту в колбу для титрования, добавить» 20-30 мл дистиллированной воды и титровать в присутствии фенолфталеина. Титрование повторить 2-3 раза; точность параметра титрования ± 0,1 мл.

5) Профильтровать суспензию угля через воронку с бумажным фильтром, отбросив первые»1-2 мл фильтрата. Определить равновесную концентрацию раствора уксусной кислоте после адсорбции (в фильтрате). Для этого в колбу для титрования отобрать аликвоту фильтрата, добавить» 20-30 мл дистиллированной воды и титровать в присутствии фенолфталеина. Титрование повторить 2-3 раза; точность параметра титрования ± 0,1 мл.

6) Титрование аликвоты исходного раствора кислоты или равновесного раствора (фильтрата) повторить потенциометрически (после титрования аликвоты в присутствии фенолфталеина). Для этого отобрать пипеткой аликвоту раствора в химический стакан вместимостью 50 мл, добавить дистиллированной воды до половины его объема и титровать 0,1 М рабочим раствором NaOH: добавить сразу половину эквивалентного объема щелочи (по результатам титрования аликвоты в присутствии фенолфталеина), измерить рН = рК_а; далее добавлять раствор щелочи по 1 мл до области скачка. Область скачка пройти с шагом 0,1-0,2 мл, после чего получить 2-3 точки с шагом 1 мл. На каждом шаге титрования измерять Е и рН.

4) Результаты представить в виде заполненных таблиц:

Таблица 1.

Результаты определения адсорбции уксусной кислоты из ее

водного раствора на поверхности активированного угля

(m_адс = 1 г, V _р-ра = 50 мл, C(1/1 NaOH) = 0,1 моль/л, индикатор – фенолфталеин)

№ титр	Vал	до адсорбции	после адсорбции	Г, ммоль/г	1/Г	lgГ	lgCравн	1/Сравн
		... ... ... Vср=		... ... ... Vср=		Расчет по среднему значению

Таблица 2.

Результаты потенциометрического титрования раствора уксусной кислоты

0,1 М раствором NaOH (V_ал=... мл)

Vщел	рН	Е, мВ	DЕ/DV	V=Vi+1-Vi/2

По результатам титрования строят графики зависимости рН от V_щел; E от V_щел; DЕ/DV от V_i+1-V_i/2 и определяют эквивалентный объем щелочи V_т.э.

5) В выводе отразить итог проделанной работы: - к какому виду адсорбции относится адсорбция уксусной кислоты на активированном угле и почему; изобразите взаимодействие растворителя с поверхностью адсорбента; приведите формулировку правила, которому подчиняется этот вид адсорбции; рассчитать молярную концентрацию эквивалента уксусной кислоты и ее массу в аликвоте; сравнить полученное значение рКа с табличным значением.

Рекомендуемая литература:

Основная:

1. В.А. Попков, С.А. Пузаков. Общая химия: Учебник. - М.: ГЭОТАР-Медиа. - 2010.

2. С.А. Пузаков, В.А. Попков. Сборник задач и упражнений по общей химии. - М.: Высшая школа. – 2004.

Дополнительная:

1. В.И. Слесарев. Основы химии живого.- Санкт-Петербург: Химиздат.- 2001.

2. А.В. Суворов, А.Б. Никольский. Вопросы и задачи по общей химии. – Санкт-Петербург: Химиздат. – 2002.

Методические указания подготовлены: доцентами Н.И. Никитиной и Е.И. Казаковой

Методические указания утверждены на заседании кафедры №_____ от «___» ________20___ г.

Зав. кафедрой: _____________________________/Е.И. Казакова

Дата добавления: 2015-07-24