Оформление результатов работы

Результаты опыта оформляют в виде таблицы.

Взято воды, г	Взято солей, г		Выпало солей из раствора, г		Выход соли, г
	KCl	NaCl	KCl	NaCl

Вопросы

1. На чем основан метод политермической кристаллизации?

2. На какие факторы следует обратить внимание при кристаллизации соли?

3. В чем заключается различие растворимости солей калия и натрия?

Лабораторная работа 3 Получение солей действием кислот на минеральное сырье

Кислоты в настоящее время довольно широко применяют для разложения минералов. Наиболее часто для этой цели применяют серную кислоту, так как можно проводить реак­ции кислотного расщепления при значительном нагревании.

Наибольшее промышленное значение кислотное расщепле­ние имеет при производстве фосфорных удобрений и при пере­работке руд редких элементов, например титана, циркония, лития. Под действием серной кислоты разрушается естествен­ная структура минералов, и образуются соли серной кислоты, которые выщелачиваются водой и подвергаются соответст­вующей химической переработке

Получение суперфосфата и его анализ

Суперфосфат получается при взаимодействии апатита или фосфорита с серной кислотой:

2Са₅Р (РО₄)₃ + 7Н₂SО₄ = 3Са (Н₂РО₄)₂ + 7СаSО₄ + 2НF

Са₃ (РО₄)₂ + 2Н₂SО₄ = Са (Н₂РО₄)₂ + 2СаSO₄

Поскольку это взаимодействие осуществляется между жидким веществом и твердым, реакция протекает довольно медленно. В первую очередь реакция идет на поверхности крупинок с образованием фосфорной кислоты и сульфата кальция, например:

Са₅F(РО₄)₃ + 5Н₂SO₄ + 2,5Н₂О =

= 5 (СаSO₄ · 0,5Н₂О) + 3Н₃РО₄ + НF

В дальнейшем масса постепенно загустевает, так как остав­шиеся серная и фосфорная кислоты постепенно взаимодейст­вуют с непрореагировавшей частью апатита или фосфорита:

Са₅F(РО₄)₃ + 7Н₃PO₄ + 5Н₂О =

= 5Са(Н₂PO₄)₂· Н₂О + НF

Указанные реакции, а также кристаллизация веществ протекают довольно медленно. Полное разложение фосфата проходит в течение 20—30 суток и заканчивается на складе. Помимо дигидрофосфата кальция Са(Н₂РО₄)₂- Н₂О в супер­фосфате в небольших количествах присутствует также и гидрофосфат кальция СаНРО₄-2Н₂О, а также и свободная фосфорная кислота.

Оптимальные условия переработки — температура, кон­центрация кислоты и время переработки — определяются составом сырья и его физико-химической структурой.

При анализе суперфосфата определяют общее содержа­ние фосфора (в расчете на Р₂О₅) и количество фосфора, кото­рый усваивается растениями. Для определения последнего суперфосфат обрабатывают водой, а затем аммиачным раст­вором цитрата аммония. В водный раствор переходит сво­бодная фосфорная кислота и дигидрофосфат кальция. В нитрате аммония растворяется главным образом гидрофос­фат кальция, который в воде плохо растворим. Содержание влаги определяют высушиванием 10 г суперфосфата при 100 — 102 °С в течение 3 ч.

Из раствора ион НРО₄^2- осаждают аммиачным раствором хлорида магния:

НРО₄^2- + Мg²⁺ + NH₄ОН = МgNH₄РО₄ + Н₂О

Выпавший осадок магний-аммоний фосфата отфильтровы­вают и прокаливают. При этом он переходит в пирофосфат магния. По массе пирофосфата магния рассчитывают коли­чество фосфора в расчете на оксид фосфора (V).

Цель работы:

Получить 15—20 г суперфосфата и провести его анализ.

Оборудование и материалы:

1. Фосфорит.

2. Концентрированная серная кислота.

3. Железная ступка.

4. Сито с отверстиями в 0,2—0,3 мм.

5. Технохимические весы.

6. Стеклянный цилиндр.

7. Ареометр.

8. Фарфоровая чашка со стеклянной палочкой.

9. Магнезиальная смесь (см. ниже).

10. Соляная кислота (р = 1,9 г/см³).

11. Раствор Патермана (см. ниже).

12. Фенолфталеин.

13. 25%-ный раствор аммиака.

14. 2—3%-ный раствор аммиака.

15. Во­ронки, фильтры, колбы.

Методика проведения работы.

Фосфорит размалывают в металлической ступке, а затем растирают в фарфоровой ступке и просеивают. Отвешивают около 20 — 25 г фосфоритной муки на технохимических весах. Для реакции используют 62—64%-ную серную кислоту.

Количество кислоты (в мл), необходимое для разложе­ния фосфорита или апатита, рассчитывают на основании реакции образования суперфосфата, считая, что состав фосфорита или апатита соответствует теоретическому. По­скольку в фосфорите всегда имеются примеси, кислоты бе­рут на 15% меньше теоретически рассчитанного количества. Лучше для работы использовать чистый фосфат кальция Са₃(РО₄)₂.

Кислоту наливают в фарфоровый стакан и подогревают до 50 — 60 °С. Затем в стакан отдельными порциями насы­пают фосфоритную муку или апатитовый концентрат. Смесь перемешивают стеклянной палочкой в течение 3 — 4 мин и ставят в сушильный шкаф при 110—150 °С на 1 ч. Затем ее охлаждают и проводят анализ суперфосфата. При ис­пользовании апатита все работы по его кислотному расщеп­лению нужно проводить под сильной тягой ввиду выделения фтороводорода.

Для анализа отвешивают на аналитических весах 2 — 2,5 г суперфосфата и растирают в фарфоровой ступке до уничтожения комочков. В ступку приливают 25 мл воды, смесь растирают и после отстаивания раствор фильтруют в мерную колбу (на 250 мл). В колбу предварительно нали­вают 5 — 6 капель соляной кислоты, которая предупреждает гидролиз солей кальция. Остаток в ступке еще 3 раза расти­рают с водой, прибавляя каждый раз воды по 20—25 мл, и каждый раз декантируют раствор на фильтр. Затем нерастворившийся остаток переносят на фильтр и промывают его водой, заполняя колбу до метки. Раствор тщательно перемешивают. Он содержит водорастворимый оксид фос­фора (V).

Фильтр с нерастворившимися остатками переносят в дру­гую мерную колбу емкостью в 250 мл, приливают 100 мл раствора Патермана и, закрыв колбу пробкой, сильно взбал­тывают (фильтр распадается на волокна). Колбу нагревают до 60°С в течение 15 мин. Нагревание лучше проводить в термостате. Затем содержимое колбы охлаждают, доливают дистиллированной водой до метки, тщательно перемешивают и фильтруют через сухой фильтр в колбу. Первые порции фильтра отбрасывают. Раствор содержит так называемый цитраторастворимый оксид фосфора (V).

Для определения общего количества цитрато- и водорас­творимой фосфорной кислоты из водной вытяжки и нитрат­ного раствора берут по 50 мл и выливают эти растворы в стакан. В стакан наливают 25 мл раствора Патермана, пе­ремешивают и нейтрализуют 2 — 3%-ным раствором аммиака по фенолфталеину. Для осаждения фосфат-иона к раствору приливают 25 — 38 мл магнезиальной смеси, а затем 10 — 25 мл 25%-ного раствора аммиака. Содержимое стакана пе­ремешивают в течение 30 мин или оставляют стоять в те­чение 5—15 ч. Выпавший осадок магний-аммоний фосфата фильтруют через плотный беззольный фильтр и промы­вают 2 — 3%-ным раствором аммиака. Затем фильтр с осад­ком переносят в тигель, высушивают, озоляют, прокали­вают в муфеле при красном калении и взвешивают.

Содержание фосфорной кислоты в расчете на оксид фос­фора (V) вычисляют по формуле:

,

где т — масса пирофосфата магния в граммах;

т₁ — навес­ка суперфосфата в граммах;

0,6377 — множитель для пересчета Мg₂Р₂О₇ на Р₂О₅.