固体在溶液中的吸附

综合化学实验安徽师范大学2007年度校级精品课程
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固体在溶液中的吸附
一目的要求
1．掌握测量固体在溶液中吸附作用的方法和技能。

2．推算活性碳的吸附量及比表面积。

二实验原理
吸附能力的大小常用吸附量Г表示（有时也用q）。

吸附量Г指每克吸附剂
吸附溶质的物质的量。

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：
1
j
n
kc
m
Γ= = g （1）
式中，n 表示吸附溶质的物质的量（mol）；m 表示吸附剂的质量（g）；c 表示吸附平衡时溶液的浓度（mol/L）；k,j 表示经验常数，由温度、溶剂、吸附质与吸
附剂的性质决定。

将式（1）取对数得：
1
lg lg c lg k
j
Γ= + （2）
以lgΓ对lgc作图可得一直线，由直线的斜率和截距可求得j 和k。

实验表明在一定浓度范围内，活性炭对有机酸的吸附符合朗格缪尔(Langmuir)吸附方程：
KC Γ
1KC ∞Γ=
+
(3)
式中，Г表示吸附量，通常指单位质量吸附剂上吸附溶质的摩尔数；Г∞表示饱和吸附量；C表示吸附平衡时溶液的浓度；K为常数。

将(3)式整理可得如下形式：
C1 1
C
ΓK Γ∞∞
=+
Γ
(4)
作C/Г-C图，得一直线，由此直线的斜率和截距可求Г∞和常数K。

如果用醋酸作吸附质测定活性炭的比表面时，按照Langmuir 单分子层吸附
模型，假定吸附质分子在吸附剂表面上是直立的，利用活性炭在醋酸溶液中吸附
作用可测定活性炭的比表面积（S0）。

可按下式计算：
S0＝Г∞×6.023×1023
×2.43×10-19
(4)
式中，S0 为比表面(m2
·kg-1
)；Г∞为饱和吸附量(mol·kg-1
)；6.023×1023
为阿佛加德
罗常数；2.43×10-19
为每个醋酸分子所占据的面积(m2
)。

式(3)中的吸附量Г可按下式计算
()
V
m
C C Γ
−
= 0 (5)
式中，C0 为起始浓度；C 为平衡浓度；V 为溶液的总体积(dm3
)；m 为加入溶液
中吸附剂质量(g)。

三仪器药品
带塞锥形瓶(250mL，5 只)；锥形瓶(150mL，1只)；碱式滴定管1支；移液综合化学实验安徽师范大学2007年度校级精品课程
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管若干只；THZ-82A 恒温振荡器1台。

活性炭；HAC(0.4mol·dm-3
)；NaOH (0.200mol·dm-3
)；酚酞指示剂。

四实验步骤
1. 取5个洗净干燥的带塞锥形瓶，分别放入约1g(准确到0.001g)的活性炭，
并将5个锥形瓶标明号数，用滴定管分别按下列数量加入蒸馏水与醋酸溶液。

瓶号1 2 3 4 5
V醋酸溶液/mL 50.00 30.00 1500 10.00 5.00
V蒸馏水/mL 50.00 70.00 85.00 90.00 95.00
取样量/mL 10.00 20.00 20.00 40.00 40.00
2. 将各瓶溶液配好以后，用磨口瓶塞塞好，摇动锥形瓶，使活性炭均匀悬
浮于醋酸溶液中，然后将瓶放在振荡器中，振荡器温度设定在30°C, 盖好固定板，
振荡30min。

3. 振荡结束后，因使用的是颗粒活性炭，可直接从锥形瓶中取上清液分析。

因为吸附后HAC浓度不同，所取体积也不同。

从1号瓶中取10.00mL，从2，3
号瓶中各取20.00mL 的醋酸溶液，4，5 号瓶中各取40.00mL 的醋酸溶液用标准NaOH溶液滴定，以酚酞为指示剂，每瓶滴二份，求出吸附平衡后醋酸的浓度。

因为稀溶液较易达到平衡，而浓溶液不易达到平衡，因此滴定分析平衡浓度时，应从稀到浓依次分析。

5. 用移液管取10.00mL原始HAC溶液并标定其准确浓度。

五注意事项
1.溶液的浓度配制要准确，活性炭颗粒要均匀并干燥
2. 醋酸是一种有机弱酸，其离解常数Ka = 1.76×，可用标准碱溶液直接滴定，化学计量点时反应产物是NaAc，是一种强碱弱酸盐，其溶液pH在8.7左右，酚酞的颜色变化范围是8-10，滴定终点时溶液的pH正处于其内，因此采用酚酞做指示剂，而不用甲基橙和甲基红。

直到加入半滴NaOH 标准溶液使试液呈现微
红色，并保持半分钟内不褪色即为终点。

3．变红的溶液在空气中放置后，因吸收了空气中的CO2，又变为无色。

4. 以标定的NaOH 标准溶液在保存时若吸收了空气中的CO2，以它测定醋酸的浓度，用酚酞做为指示剂，则测定结果会偏高。

为使测定结果准确，应尽量避免长时间将NaOH溶液放置于空气中。

六数据处理
1. 计算各瓶中醋酸的起始浓度C0，平衡浓度C及吸附量Г(mol·g-1
)。

2. 吸附等温线的绘制：以吸附量Г对平衡浓度C作出曲线。

1
j
n
kc
m
Γ= = g
3．LgГ对lgc作直线，由斜率和截距求出j 和k。

1
lg lg c lg k
j
Γ= +
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4．c/Г对c作直线：KC
KC Γ Γ
+
= ∞
1
，C
ΓK Γ Γ
C
∞∞
+ =
1 1
，求得Г∞和常数K
5. 由Г∞计算活性炭的比表面。

S0（m2
/g）＝Г∞×6.023×1023
×24.3×10-20
七讨论
1. 测定固体比表面时所用溶液中溶质的浓度要选择适当，即初始溶液的浓度
以及吸附平衡后的浓度都选择在合适的范围内。

既要防止初始浓度过高导致出现
多分子层吸附，又要避免平衡后的浓度过低使吸附达不到饱和。

2. 按朗格谬尔吸附等温线的要求，溶液吸附必须在等温条件下进行，使盛有样
品的磨口锥形瓶置于恒温器中振荡，使之达到平衡。

本实验是在空气浴中将盛有
样品的磨口锥形瓶置于振荡器上振荡。

实验过程中温度会有变化，这样会影响测
定结果。

3．由实验结果可知，活性炭在醋酸溶液中的吸附为单分子层吸附，可用
Langmuir 吸附等温式表征其吸附特性。

用溶液吸附法测定活性炭比表面积，不
需要特殊仪器，但测定过程中要防止溶剂挥发，以免引起测量误差。

此外，由于
忽略界面上被溶剂占据部分，因此由这一方法所测得的比表面积一般偏小。

但由
于方法简便，可以作为了解固体吸附剂特性的一种简便方法。

八思考题（供参考）
1．吸附作用与哪些因素有关？固体吸附剂吸附气体与从溶液中吸附溶质有何不
同？
答：吸附作用与温度、压力、溶剂、吸附质和吸附剂性质有关。

固体在溶液中的吸附，除了吸附溶质还有溶剂，液固吸附到达平衡时间更长；
固体吸附剂吸附气体受温度、压力及吸附剂和吸附质性质影响：气体吸附是放热
过程,温度升高吸附量减少；压力增大,吸附量和吸附速率增大；一般吸附质分子
结构越复杂,被吸附能力越高。

2．弗罗因德利希吸附等温式与朗缪尔吸附等温式有何区别？
答：朗缪尔吸附等温式是一个理想的吸附公式，它代表了在均匀表面上,吸附分
子彼此没有作用,而且吸附是单分子层情况下吸附达平衡时的规律性，有饱和吸
附量值；弗罗因德利希吸附等温式属于真实吸附，是经验公式，但也有理论说明，θ范围比Langmuir等温式要大一些，没有饱和吸附量值。

3．如何加快吸附平衡的到达？如何判断是否达到吸附平衡？
答：提高振荡速度；滴定两次不同时间的醋酸浓度时，两次消耗NaOH 体积相
同，即可判断吸附已达到平衡。

九学生易出现的问题
1．配制醋酸溶液不准确，操作过程中不能及时防止醋酸的挥发。

2．测定醋酸溶液不准确，不能准确控制酸碱滴定终点为粉红色。

3．操作中应先配置好醋酸溶液，最后加入活性炭，防止活性炭吸附水而产生
误差。