Nhóm 8 _2020-2021_NTP

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM
BÁO CÁO THÍ NGHIỆM HĨA LÝ
BÀI 3 : HẤP PHỤ TRÊN BỀ MẶT CHẤT RẮN
I. MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM
- Phân biệt được hấp phụ với hấp thụ và trình bày được phương trình hấp phụ
đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich.
- Trình bày được nguyên tắc và xác định được bằng thực nghiệm lượng chất bị
hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ.
- Dựng được các đường hấp phụ và xác định được các hệ số trong phương
trình Langmuir và phương trình Freundlich.
II. GIỚI THIỆU
Sự hấp phụ từ dung dịch trên bề mặt chất rắn khác với sự hấp phụ các chất
riêng biệt ở chỗ trong dung dịch có ít nhất hai cấu tử. Cả hai cấu tử đều tham gia
vào sự hấp phụ và cạnh tranh lẫn nhau để chiếm bề mặt, do đó trên bề mặt cũng
như trong thể tích khơng có những chỗ trống.
Những vật có bề mặt tiếp xúc lớn với pha khí hay pha lỏng thường có khả
năng thu hút các chất khí hay chất tan trong pha lỏng. Nếu sự thu hút đó chỉ xảy
ra trên bề mặt của vật thì gọi là sự hấp phụ. Ví dụ: khi cho than hoạt tính vào
dung dịch acid axetic CH3COOH thì một số phân tử acid axetic sẽ tập trung (bị
hấp phụ) lên trên bề mặt của than hoạt tính. Than hoạt tính được gọi là chất hấp
phụ, acid axetic là chất bị hấp phụ, nước là mơi trường trong đó sự hấp phụ xảy
ra. Bằng cách đo nồng độ acid axetic trong nước trước và sau khi hấp phụ, biết
khối lượng chất hấp phụ m gam ta có thể biết được lượng acid axetic đã bị hấp
phụ trên bề mặt 1 gam than hoạt tính.


Nhóm 8 _2020-2021_NTP

Có nhiều phương trình thực nghiệm hoặc lý thuyết đã được đưa ra để mô tả sự
hấp phụ đẳng nhiệt. Một số phương trình hay gặp:
 Phương trình Langmuir:
Đây là phương trình có chứng minh lý thuyết dựa vào việc nghiên cứu động
học của sự hấp phụ. Phương trình này được rút ra từ giả thiết về sự hấp phụ đơn
lớp; bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất; khơng có sự tương tác giữa các phân tử
sau khi bị hấp phụ. Phương trình có dạng:
�=

�

����

=

�� �
�� �
ℎ�� � = ���� .
1 + �� �
1 + �� �

A là lượng chất bị hấp phụ bởi một gam chất hấp phụ (mol/g)

C là nồng độ chất bị hấp phụ trong môi trường lúc đạt cân bằng hấp phụ
(mol/L)
Amax là hằng số, có ý nghĩa là lượng chất có thể bị hấp phụ tối đa trên một
gam chất hấp phụ (mol/g)
KL là hằng số Langmuir (L/mol)
Để tìm các hằng số trong phương trình Langmuỉ, người ta dùng phương pháp
đồ thị.

�
1
1
=
+
� ���� . � ����

Theo phuơng trình này C/A phụ thuộc bậc nhất vào C. Phƣơng trình hồi quy
tuyến tính C/A = f(C) có dạng y = mx + n, trong đó hệ số góc m =1/Amax và
đoạn chắn n = 1/(a.Amax)


Nhóm 8 _2020-2021_NTP

Hình 1. Đồ thị để tìm các hằng số trong phương trình Langmuir

 Phương trình Freundlich:
Đây là phương trình thực nghiệm áp dụng cho sự hấp phụ khí hoặc chất tan
lên chất hấp phụ rắn:
� = ���

A là lượng chất bị hấp phụ bởi một gam chất hấp phụ (mol/g)
C là nồng độ chất bị hấp phụ trong môi trường khi đã đạt cân bằng hấp phụ
(mol/L)
K và � đều là hằng số tại một nhiệt độ nhất định, � thường bé hơn 1.

Ở nồng độ cao, � = 0, tức là A = K, nghĩa là chất hấp phụ bị bão hịa chất bị

hấp phụ và khơng thể hấp phụ thêm nữa dù có tăng thêm nồng độ.


Để tính các hằng số trong phương trình Frendlich, người ta cũng dùng phương
pháp đồ thị.
lgA = lgK + α.lgC


Nhóm 8 _2020-2021_NTP

Hình 2. Đồ thị để tìm các hằng số trong phương trình Freunlich

III. THỰC NGHIỆM
a. Hóa chất và dụng cụ:
Dụng cụ

Số lượng

Hóa chất

Số lượng

Buret 25mL

2

CH3COOH 1M

1L

Bình định mức 100mL

1


Acid oxalic rắn

Ống đong 100mL

1

NaOH rắn

Pipet 10mL

3

Dung dịch chỉ thị

Bình tam giác 250mL

6

phenolphthalein

Bình tam giác 100mL

3

Cốc 100mL

6

Chai đựng hóa chất


1

NaOH

3

Phễu lọc


Nhóm 8 _2020-2021_NTP

b. Qui trình thí nghiệm:
1L CH3COOH ban đầu
Pha 100ml
0,025 N

0,05
N

Lấy 50mL
mỗi cốc
vào 6 bình
tam giác

0,1 N

0,4 N

0,2 N


Từ NaOH
rắn pha
700mL dd
0,05N

Cân 6
mẫu – 1g
than hoạt
tính

0,5 N

Từ acid
oxalic rắn
pha 50mL
dd 0,05 N

Dùng acid oxalic chuẩn độ NaOH

Lắc 5 phút rồi để yên

Chú ý: dùng
cùng một pipet
để lấy dung dịch
vào bình tam
giác và lấy để
chuẩn độ.

Lọc lấy phần dung dịch


Chuẩn độ với NaOH đã pha theo từng nồng độ phần dd CH3COOH ban đầu và
đã hấp phụ và thêm phenolphalein
Dung dịch 1,2:
20mL
CH3COOH

Dung dịch 3:
10mL CH3COOH
10mL nước cất

Dung dịch 4:
5mL CH3COOH
15mL nước cất

Dung dịch 5,6:
2mL CH3COOH
18mL nước cất

Chuẩn độ hai lần theo từng bình rồi lấy giá trị trung bình (chênh lệch phải <3%).


Nhóm 8 _2020-2021_NTP

IV. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
1. Kết quả chuẩn độ dung dịch NaOH từ acid oxalic 0,05N:
2.
Bảng 1. Bảng giá trị quá trình chuẩn độ NaOH

V(COOH)2 = 10,00 mL


VNaOH (mL)

Lần 1

13,70

Lần 2

13,75

�

13,725

��(����) =

��(����)2 . �(����)2 0,05.10,00
=
= 0,03642 (�)
�����
13,725

ε0,95 = 0,03642. (

0,05

6.10,00

)2 + (


0,05

3.13,725

)2 = 0,0001

��(����) = (0,03642 ± 0,0001) N
3. Kết quả chuẩn độ dung dịch CH3COOH không có than hoạt tính:
Bảng 2. Bảng giá trị chuẩn độ dung dịch CH3COOH khơng có than hoạt tính

STT

1

2

3

4

5

6

V1 (mL)

12,95

21,50


22,50

22,30

17,40

20,30

V2 (mL)

13,00

21,60

22,50

22,50

17,20

20,50

�

12,975

21,55

22,50


22,40

17,30

20,40

0,02363

0,03924

0,08195

0,16316

0,31503

0,37148

CM


Nhóm 8 _2020-2021_NTP

4. Kết quả chuẩn độ CH3COOH có than hoạt tính:
Bảng 3. Bảng giá trị chuẩn độ dung dịch CH3COOH có than hoạt tính

STT

1


2

3

4

5

6

V1 (mL)

11,20

18,50

18,95

19,20

16,00

19,15

V2 (mL)

11,30

18,25


19,20

19,00

16,20

19,50

�

11,25

18,375

19,075

19,10

16,10

19,325

0,02049

0,03346

0,06947

0,13912


0,29318

0,35191

CM

4. Tính số minimol acid (x) đã bị than hoạt tính hấp phụ
 Cơng thức: x =

�1−�2
1000

.�

Với: C1, C2: nồng độ acid trước và sau khi bị hấp phụ
V: thể tích dung dịch lấy ra để hấp phụ (=50mL)
m: Khối lượng vật bị hấp phụ
 Số minimol acid bị than hoạt tính hấp phụ:
A=

x

m

(mmol/g)

Bảng 4. Bảng giá trị sau khi tính tốn

Dung


1

2

3

4

5

6

C1 (M)

0,02363

0,03924

0,08195

0,16316

0,31503

0,37148

C2 (M)

0,02049


0,03346

0,06947

0,13912

0,29318

0,35191

m (g)

1,0076

1,0068

1,0021

1,0004

1,0004

1,0008

V (mL)

50

50


50

50

50

50

x (mmol)

0,000157

0,000289

0,000624

0,001202

dịch

A
(mmol/g)

0,001093 0,0009785

0,0001558 0,0002870 0,0006227 0,0012015 0,0010921 0,0009777


Nhóm 8 _2020-2021_NTP


Bảng 5. Bảng số liệu cho vẽ đồ thị

STT

Nồng

Nồng

độ đầu

độ sau

(M)

(M)

x (mmol)

A
(mmol/g)

lgC

lgA

C/A

1


0,02363 0,02049

0,000157

0,0001558 -1,6885 -3,8074

131,50

2

0,03924 0,03346

0,000289

0,0002870 -1,4755 -3,5420

116,57

3

0,08195 0,06947

0,000624

0,0006227 -1,1582 -3,2057

111,56

4


0,16316 0,13912

0,001202

0,0012015 -0,8566 -2,9203

115,79

5

0,31503 0,29318

0,001093

0,0010921 -0,5329 -2,9618

268,46

6

0,37148 0,35191 0,0009785 0,0009777 -0,4536 -3,0098

359,93

Hình 3. Đồ thị phương trình đẳng nhiệt Langmuir


Nhóm 8 _2020-2021_NTP
1


���� .�

= 77,928 ;

1

����

= 700,995 → � = 8,995 ; ���� = 1,427. 10−3


Nhóm 8 _2020-2021_NTP

Hình 4. Đồ thị phương trình Freulich

* Nhận xét:

α = 0,6600 ; logK =− 2,569 → K = 2,698. 10−3

- Nhìn vào đồ thị hình 3, hình 4 ta thấy đường hồi quy ít đi qua các điểm, giá trị
R2 chỉ ở mức 0,84 - 0,88, có thể do sai số trong quá trình thực hiện chuẩn độ, sai
số hệ thống, và có thể do q trình hấp thụ than hoạt tính khơng đều giữa các lọ.
- Độ dốc của đồ thị hai phương trình gần như nhau, giá trị R2 cũng xấp xĩ giống
nhau ---> khả năng hấp thụ tuân theo hai phương trình là như nhau.


Nhóm 8 _2020-2021_NTP

Hình 5. Đồ thị nồng độ CH3COOH và lượng chất bị hấp phụ


* Nhận xét:
- Đồ thị của phương trình đẳng nhiệt Langmuir gần như tiến tới trục hồnh
( y=0).
- Đồ thị của phương trình Freulich gần với đường phân giác của hệ tọa độ (y = x)
- Đồ thị của thực nghiệm là đường cong, không theo quy luật nhưng gần với đồ
thị của phương trình Freulich
c. Các khó khăn gặp phải trong q trình thực nghiệm và biện pháp khắc
phục
- Dùng cùng một pipet để lấy một dung dịch vào bình tam giác và lấy chuẩn độ
để tránh sai số.
- Tính tốn cẩn thận để pha dung dịch chính xác.
V. TRẢ LỜI CÂU HỎI
1. Phân biệt hấp phụ và hấp thụ. Cho ví dụ cụ thể.
- Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí – rắn, lỏng –
rắn, khí – lỏng, lỏng – lỏng). Chất có trên bề mặt, trên đó xảy ra sự hấp phụ


Nhóm 8 _2020-2021_NTP

được gọi là chất hấp phụ, cịn chất được tích lũy trên bề mặt gọi là chất bị hấp
phụ.
Vd: Khi cho than hoạt tính vào dd acid axetic CH3COOH thì một số phân tử
acid axetic sẽ bị tập trung (bị hấp phụ) lên trên bề mặt than hoạt tính.
- Hấp thụ là hiện tượng các chất bị hút khuyếch tán qua mặt phân cách vào
trong toàn bộ vật lỏng hoặc rắn. Khắc với hấp phụ chỉ bám trên bề mặt.
Vd: Miếng bọt biển hấp thụ nước khi tiếp xúc.
2. Trình bày cách rút ra phương trình đẳng nhiệt Langmuir. Ý nghĩa của
các đại lượng trong phương trình này.
 Phương trình Langmuir:
- Đây là phương trình có chứng minh lý thuyết dựa vào việc nghiên cứu động

học của sự hấp phụ. Phương trình này được rút ra từ giả thiết về sự hấp phụ đơn
lớp; bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất; khơng có sự tương tác giữa các phân tử
sau khi bị hấp phụ. Phương trình có dạng:
�=

�

=

����

�� �
�� �
ℎ�� � = ���� .
1 + �� �
1 + �� �

A là lượng chất bị hấp phụ bởi một gam chất hấp phụ (mol/g)

C là nồng độ chất bị hấp phụ trong môi trường lúc đạt cân bằng hấp phụ
(mol/L)
Amax là hằng số, có ý nghĩa là lượng chất có thể bị hấp phụ tối đa trên một
gam chất hấp phụ

(mol/g)

KL là hằng số Langmuir (L/mol)


Phân tích phương trình Langmuir:


Phương trình (1) có thể viết dưới dạng:
� = ����

�

1
�+
��

= ����

�

�+�

(2)

Trong đó 1/KL được thay bằng a, là một hằng số.


Nhóm 8 _2020-2021_NTP

- Nếu C << a, tức nồng độ C rất bé thì (2) có thể viết:
A=Amax
(2a)

�
�


Nghĩa là đại lượng A tỉ lệ bậc nhất theo C. Đường biểu diễn A = f(C) là một
đường thẳng đi qua gốc tọa độ (hình 1).

Hình 1. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir
-

Nếu C >> a thì (2) chuyển thành: A = Amax
(2b)

nghĩa là đại lượng hấp phụ là một hằng số: khi đó đường biểu diễn (ở vùng
nồng độ lớn) là một đường thẳng song song với trục hoành. Ở các nồng độ C
trung gian, đường biểu diễn là một đoạn đường cong. Đường biểu diễn (hình 1)
có tên là đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir (vì thí nghiệm tiến hành ở một
nhiệt độ nhất định).
-

Để tìm các hằng số trong phương trình Langmuir, người ta dùng phương

pháp đồ thị. Muốn vậy ta biểu diễn phương trình (1) dưới dạng khác:


Nhóm 8 _2020-2021_NTP

�
1
�
=
+
� ���� � ����


Theo phuơng trình này C/A phụ thuộc bậc nhất vào C. Phương trình hồi quy
tuyến tính C/A = f(C) có dạng y = mx + n, trong đó hệ số góc m =1/Amax và
đoạn chắn n = 1/(a.Amax).

Hình 2. Đồ thị để tìm các hằng số trong phương trình Langmuir

3. Trình bày cách rút ra phương trình đẳng nhiệt Freundlich. Ý nghĩa
của các đại lượng trong phương trình này.


Phương trình Freundlich:

-

Đây là phương trình thực nghiệm áp dụng cho sự hấp phụ khí hoặc chất

tan lên chất hấp phụ rắn:
� = ��� (4)

A là lượng chất bị hấp phụ bởi một gam chất hấp phụ (mol/g)
C là nồng độ chất bị hấp phụ trong môi trường khi đã đạt cân bằng hấp phụ
(mol/L)


Nhóm 8 _2020-2021_NTP

K và � đều là hằng số tại một nhiệt độ nhất định, � thường bé hơn 1.
-

Ở nồng độ cao, � = 0 , tức là A = K, nghĩa là chất hấp phụ bị bão hòa


chất bị hấp phụ và không thể hấp phụ thêm nữa dù có tăng thêm nồng độ.
 Phân tích phương trình Freundlich
-

Vì α < 1 nên đường biểu diễn của phương trình (4) là một nhánh của

đường parabol và được gọi là đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich. Đường này
khác đường Langmuir ở chỗ ở vùng nồng độ thấp đường biểu diễn không phải
là đường thẳng đi qua gốc của toạ độ và ở vùng nồng độ cao, đường biểu diễn
không đạt cực đại mà có xu hướng đi lên mãi, đó là nhược điểm của phương

trình Frendlich. Ở vùng nồng độ trung bình, hai đường biểu diễn giống nhau.
Hình 3. Đường hấp phụ acid propionic trên than hoạt tính
-

Hình 3 biểu diễn đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich của acid propionic

trên than hoạt tính. Ta thấy từ điểm M, đường biểu diễn phân ra hai nhánh:
Đoạn MB là đoạn tính trực tiếp từ phương trinh ( 4 ) còn MC là đoạn vẽ theo
thực nghiệm.
-

Để cho đường hấp phụ mô tả đúng phương trinh (4) cần giả thiết α không

phải là hằng số mà là hàm số của nồng độ. Ở nồng độ thấp α = 1, khi đó ta sẽ có:
A = KC

(5)



Nhóm 8 _2020-2021_NTP

-

Cịn ở nồng độ cao hơn thì α = 0, khi đó sẽ có

A=K

(6)

-

Và như vậy ta thấy (5) giống (2a) và (6) giống (2b).

-

Để tính các hằng số trong phương trình Frendlich, người ta cũng dùng

phương pháp đồ thị. Phương trình Frendlich có thể viết dưới dạng:
lgA = lgK + αlgC

(7)

Hình 4. Đồ thị để tìm các hằng số trong phương trình Freunlich
-

Như vậy lgA tỉ lệ bậc nhất với lgC. Đường hồi quy tuyến tính lgA = f(lgC)

có dạng y = mx + n, trong đó hệ số góc m = α và đoạn chắn n = lgK.