Оформление результатов работы

Описать получение металлического хрома, рассчитать выход по току.

Вопросы и задачи

1. Почему низок выход хрома по току? На какие процессы расходуется электрический ток при получении электролитического хрома?

2. Посмотрите положение хрома в электрохимическом ряду напряжений металлов. Почему хром весьма устойчив во влажной, агрессивной атмосфере и в нейтральных растворах электролитов?

3. Почему соляная кислота активно взаимодействует с хромом, а азотная практически с ним не взаимодействует?

4. Для определения наличия пор в хромовом покрытии на него накладывают бумагу, смоченную растворами хлорида натрия и гексациано-(ІІІ) феррата калия. На чем основано применение этого раствора?

5. При электролизе раствора хлорида натрия при напряжении 3,4 В и силе тока 1500А в течение 36 часов было получено 67,94 кг хлора. Определить выход по току и степень использования электрической энергии, если теоретическое напряжение разложения равно 2,19 В.

Лабораторная работа 5 Получение уксусной кислоты синтетическим способом

Синтез уксусной кислоты из ацетилена является типич­ным примером получения органического вещества из не­органических.

Получение уксусной кислоты включает следующие ста­дии:

1. Получение ацетилена.

2. Гидратация ацетилена по реакции Кучерова.

3. Окисление уксусного альдегида кислородом воздуха до уксусной кислоты.

Ацетилен получают или из карбида кальция, или термическим разложением метана при 1500—1600°С с последующим быстрым охлаждением полученного пиролизного газа.

Гидратация ацетилена с образованием ацетальдегида протекает хорошо в кислой среде (раствор серной кислоты) в присутствии сульфата ртути (II):

С₂Н₂ + Н₂О = СН₃СНО

Нагревание раствора ускоряет процесс гидратации. Поскольку ацетальдегид кипит при 20,8 °С, большая часть его удаляется из реакционного пространства, но некоторая часть ацетальдегида окисляется солями ртути до уксусной кислоты:

CH₃CHO + Hg SO₄ + Н₂О = СН₃СООН + H₂SO₄ + Hg

Поскольку металлическая ртуть не является катализа­тором, для предотвращения последней реакции в раст­вор добавляют сульфат железа (III), который окисляет ртуть.

Окисление ацетальдегида до уксусной кислоты протекает в присутствии солей тяжелых металлов, играющих роль переносчиков кислорода. К ним относятся соли марганца, кобальта, ванадия и т. д.

Окисление ацетальдегида проходит довольно медленно, в промышленности не окисленный альдегид направляют на повторное окисление. Осуществить окисление ацетальде­гида в лабораторных условиях по циркуляционной схеме довольно трудно.

Окисление быстро идет в присутствии перманганата калия, который в основном действует как окислитель:

2СН₃СНО + КМnO₄ = СН₃СООК + СН₃СООН + МnО₂

Наряду с уксусной кислотой и оксидом марганца (IV) образуется также и некоторое количество ацетата марган­ца, который действует как катализатор для реакции окис­ления альдегида.

Цель работы. Получить раствор уксусной кисло­ты исходя из карбида кальция. Определить выход уксус­ной кислоты.

Оборудование и материалы:

1. Колба Вюрца с капельной воронкой.

2. Промывная склянка.

3. Колба с газоотводными трубками и термометром.

4. Про­бирка с газоотводной трубкой.

5. Реактивы: хлорид нат­рия, оксид ртути (II), серная кислота, перманганат калия, карбид кальция, 0,05 н. раствор щелочи.

Рис. 3. Получение уксусной кислоты:

1 — колба с карбидом кальция; 2 — промывалка с водой (счетчик пузырьков); 3 — колба с раствором солей ртути; 4 — колба или пробирка с раствором перманганата.

Методика проведения работы.

Работу проводят в приборе (рис. 3). Ацетилен получают, приливая по каплям к карбиду кальция концентрированный раствор хлорида натрия, так как реакция с водой идет слишком бурно. Для снижения скорости реакции в колбу можно предварительно прилить 20 — 30 мл спирта. Взаимодейст­вие карбида кальция с водой должно проходить с такой скоростью, чтобы в промывной склянке в секунду пробулькивал один пузырек. При сильном токе ацетилена выход уксусной кислоты снижается.

Ацетилен поступает в колбу с насыщенным раствором сульфата ртути (II), где и происходит его гидратация и образование уксусного альдегида. Для предупреждения гидролиза сульфата ртути (II) в колбу прибавляют 1 — 2 мл концентрированной серной кислоты. В случае отсутствия готового сульфата ртути (II) его легко можно приготовить растворением оксида ртути (II) в серной кислоте при на­гревании. Для этого нужно взять около 1г оксида ртути (II) и 30 мл серной кислоты (разбавленной 1:4).

На технохимических весах отвешивают 1—1,5 г карби­да кальция и помещают его в сухую колбу 1. Затем нагре­вают раствор сульфата ртути (II) до 70 °С, следя за тем­пературой по показаниям термометра. Раствор хлорида натрия приливают по каплям.

Ацетальдегид, получающийся за счет гидратации ацети­лена под влиянием катализирующего действия соли ртути, испаряется и поступает в пробирку с разбавленным раство­ром перманганата калия, где происходит его окисление до уксусной кислоты.

Пары альдегида перед поступлением в пробирку с перманганатом следует смешать с воздухом, который подается из газометра через тройник. Для наблюдения за током воздуха между тройником и газометром включают промывалку с водой. Воздух пускают со скоростью один пузырек в секунду.

Опыт продолжают до прекращения появления пузырьков газа в промывалке 2. После окончания реакции отсоединяют пробирку с раствором уксусной кислоты.

Для отделения раствора уксусной кислоты от оксида марганца (IV) раствор профильтровывают, переливают в мерную колбу на 100 мл, доливают до метки, перемешивают и титруют 0,05 н. раствором щелочи.

Выход уксусной кислоты считают, предполагая, что карбид кальция не имеет примесей. В действительности он всегда имеет загрязнения, и если из чистого карбида долж­но согласно ГОСТу получиться 370л ацетилена (20 °С, 101,3 Па), то из технического получается 230 — 280 л. Потери продукта происходят также и за счет неполноты гидратации ацетилена и окисления ацетальдегида.

Выход уксусной кислоты рассчитывают как процентное отношение полученного количества уксусной кислоты к тому ее количеству, которое должно получиться теорети­чески.