Оформление результатов работы

Описать метод получения суперфосфата. Провести рас­чет и оформить результаты анализа.

Реактивы, используемые при анализе суперфосфата

Магнезиальная смесь приготовляется растворением 55 г хлорида магния и 70 г хлорида аммония в 1 л воды.

Реактив Патермана (цитрат аммония) должен содер­жать в 1 л раствора 173 г невыветрившейся лимонной кис­лоты, которую растворяют в 300 мл горячей воды. На это количество отмеряют такое количество 12 — 13%-ного раст­вора аммиака, чтобы в нем содержался 51 г аммиака. Для этого к концентрированному раствору аммиака прибавляют равный объем дистиллированной воды и по плотности опре­деляют его концентрацию. По концентрации рассчитывают количество миллилитров раствора, необходимое для нейтра­лизации лимонной кислоты и содержащее 51 г аммиака.

Раствор аммиака наливают в мерную колбу емкостью 1 л и туда же при непрерывном помешивании и охлаждении приливают небольшими порциями раствор лимонной кис­лоты.

Затем раствор цитрата аммония доливают водой до метки и перемешивают.

Вопросы и задачи

1. Фосфат кальция в воде практически нерастворим. Однако его можно с успехом применять на кислых почвах. На чем основано это применение?

2. Во сколько раз в двойном, суперфосфате больше фосфора по сравнению с простым? Расчет ведется на Р₂О₅. Влажность удобре­ния не учитывается; сульфат кальция в суперфосфате находится главным образом в виде гипса.

Ответ. В 3,02 раза.

3. Одним из наиболее ценных удобрений считается удобрение, получаемое при взаимодействии азотной кислоты с фосфоритом. Напишите уравнение реакции и подсчитайте процентное содержа­ние азота и фосфора в этом удобрении.

При вычислении нужно учесть, что кислотное расщепление идет до дигидрофосфата кальция, а влажность удобрения не учи­тывается.

Ответ. 11,2% N и 12,7% Р.

4. Почему при анализе фосфорных удобрений обычно учиты­вают водорастворимый и цитратный фосфор?

5. Сколько расходуется по массе и объему 66%-ной серной кислоты (ρ = 1,57 г/м³) на приготовление 1 т суперфосфата.

Ответ. 577,7 кг или 368 л.

6. Почему перед отправкой потребителю суперфосфат около 20 дней хранят на складе?

7. Почему при анализе фосфоритов на фосфор применяют сер­ную кислоту, а при анализе стали используют азотную кислоту?

8. Почему при получении суперфосфата применяют серную кислоту определенной концентрации? Почему нельзя использовать разбавленную или сильно концентрированную кислоту?

9. Сколько теоретически нужно 65%-ной серной кислоты для получения 10 г суперфосфата из фосфорита, содержащего 5% карбоната кальция?

Ответ. 6,212 г.

10. Напишите уравнение реакции осаждения фосфат-иона магнезиальной смесью.

11. Напишите уравнение реакции апатита с серной кислотой. Почему эта реакция идет медленно?

Лабораторная работа 4 Получение хрома и хромовых покрытий электролитическим методом

Хром относится к электроотрицательным металлам (ЕºCr/Cr⁺³=0,67В), но благодаря высокой склонности к пассивности в электрохимическом ряду напряжений металлов в окислительных средах он приближается к благородным металлам. Объясняется это высокими защитными свойствами поверхностной оксидной пленки, состоящей из Cr₂О₃ и CrО₂. Хром — самый твердый металл, что повышает качество покрытия.

Электроосаждение хрома проводят из электролитов, со­держащих в качестве основного компонента оксид хро­ма (VI) в виде хромовой и дихромовой кислот.

До сих пор окончательно не выяснен механизм восста­новления иона СгО₄^2- на катоде. Многие данные говорят о том, что ион хромовой кислоты непосредственно восста­навливается до хрома, хотя в процессе электролиза и накап­ливается некоторое количество ионов хрома в степени окис­ления+3. Присутствие этого иона, так же как и серной кислоты, необходимо для нормальной работы электро­литической ванны.

В зависимости от состава электролита, плотности катод­ного тока, температуры и даже соотношения площади ка­тода и анода получающиеся осадки обладают различными свойствами (блестящие, матовые, черного цвета и т. д.). Электролиз проводят, как правило, с нерастворимыми свин­цовыми анодами.

Цель работы. Получить хромовое покрытие или металлический хром (по указанию преподавателя). Опреде­лить выход хрома по току.

Оборудование и материалы:

1. Электро­литическая ванна на 1 – 2 л.

2. Оксид хрома (VI).

3. Серная кислота (конц.).

4. Медный или стальной катод и свинцовый анод.

Методика проведения работы.

а) Получение хромового покрытия. Для получения блес­тящего хромового покрытия применяют электролит, со­держащий (в г/л):

CrО₃ – 250; H₂SО₄ – 2,5; Н₃ВО₃ — 10.

Катодная плотность тока 10 – 25 А/дц², температура электролита 45 – 49 °С.

После приготовления электролита его нужно «прорабо­тать» в ванне постоянным током, применив свинцовый катод и анод из нержавеющей или обычной стали в тече­ние 3 – 4 ч из расчета 6 – 8 А·ч на 1 л раствора. При этом происходит накопление ионов Сг³⁺ — 2 – 4 г/л. Для под­держания концентрации ионов хрома в растворе соотноше­ние площади катода к аноду должно лежать в пределах 2:1 – 3:2.

После проработки ванны в нее опускают электроды. Анод изготовляют из листового свинца, катод — из меди или стали, покрытой никелем. Катоды перед осаждением необходимо отполировать. Электроды для лабораторных целей делают с небольшой площадью 10 – 15 см², чтобы уменьшить выработку ванны.

Для получения ровного блестящего покрытия пластинку после шлифовки полируют порошком оксида хрома (ІІІ) или алюминия, который наносится на сукно, набитое на деревянный брусок. Для обезжиривания пластинку натирают гидроксидом калия, нанесенным на зубную щетку. Пасту удаляют дистиллированной водой и щеткой. пластинку в это время удерживают пинцетом. После обезжиривания пластинку ополаскивают дистиллированной водой, помещают примерно на 1 мин в 3 – 5%-ный раствор серной кислоты, снова промывают водой и помещают в электролитическую ванну.

Хромирование ведут в течение 3 – 5 мин. Поскольку слой выделившегося хрома составляет несколько микрон, выход по току не определяют, так как увеличение массы катода незначительно. После окончания электролиза ка­тод вынимают из ванны, промывают водой и испытывают на коррозионную стойкость. Для этого на поверхность хромированного слоя наносят каплю 10 – 20%-ной азотной кислоты. При этом взаимодействия металла с кислотой не наблюдается, так как азотная кислота пассивирует хром.

Хромирование можно проводить и при комнатной тем­пературе из электролита состава (г/л):

CrО₃ – 150; H₂SО₄ – 0,6; NaF – 10,0.

Катодная плотность тока 0,05 – 0,1 А/см².

Выход по току составляет 10 – 16%. Работа проводится по вышеописанной методике.

б) Получение хрома. При получении хрома электролити­ческим методом возможно получение толстых, легко сни­мающихся слоев хрома. Применяют электролит состава (г/л): CrО₃ – 250; H₂SО₄ – 2,5.

Плотность тока 0,3 А/см², температура комнатная, выход по току 30%. Катод изготовляется из листовой не­ржавеющей стали. В лабораторных условиях лучше при­менять тонкую листовую медь или фольгу. В этом случае для отделения хрома на катод действуют азотной кислотой, которая растворяет медь, оставляя хром. Анод выполняется из листового свинца.

Работа проводится по вышеописанной методике. По мере выделения хрома в ванну следует добавлять оксид хрома (VI).