28

1 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

1. Выщелачивание металлов с протеканием химической реакции

Задание. При выщелачивании самородного золота раствором цианида калия необходима достаточная аэрация выщелачивающего раствора кислородом воздуха. Реакция протекает по схеме (1):

Au + KCN + O₂ + H₂O  KAu(CN)₂ + KOH (1)

Определить:

- теоретический объем воздуха, необходимый для полного растворения 9 молей золота при нормальных условиях;

- молярную концентрацию образовавшегося раствора гидроксида калия после растворения одного моля золота, при условии, что для растворения золота использован 1,0 дм³ раствора цианида калия с молярной концентрацией 2 моль/дм³;

- количество окислителя и количество эквивалентов восстановителя на 9 моля растворенного золота;

- отношение чисел эквивалентности окислителя и восстановителя: z (Ox) : z (Red)

Решение:

9Au + 18KCN + 2,25O₂ + 4,5H₂O  9KAu(CN)₂ + 9KOH (2)

1). Для растворения 9 молей золота необходимо 2,25 молей кислорода; т.к. содержание кислорода в атмосфере примерно 21%, то количество воздуха, необходимого для растворения 9 молей золота, равно 2,25/0,21 = 10,71молей, тогда объем воздуха составит:

V = V_M*n (3)

V = 22,4*10,71 = 240 дм³

2). Зная V(KCN)=1дм³, C_M(KCN)=2моль/дм³ и V(Au)=1моль вычислим молярную концентрацию образовавшегося раствора гидроксида калия.

По реакции (2) видно:

C_M(KOH) = 0,5C_M(KCN) (4)

C_M(KOH) = 0,5*2 = 1 моль/дм³

3). Метод электронного баланса позволит одновременно с нахождением коэффициентов определить количество окислителя:

Au⁰ – e = Au ⁺ 4 восстановитель

O₂⁰ + 4e = 2O^2- 1 окислитель

что указывает: на 4 моля серебра приходится по одному молю окислителя, значит на 9 молей серебра приходится 9/4 молей окислителя.

4). Отношение чисел эквивалентности окислителя и восстановителя составит:

= 1 моль (5)

z (Ox)/z (Red) = (18/2,25)/1 = 8/1

1.2 Термодинамика растворов

Задание. Процесс выщелачивания молибденита раствором гипохлорита натрия осуществляется по схемам (6) и (7):

MoS₂ + 6ClO^- + 4OH^-  MoO₄^2- + S + SO₄^2- + 6Cl^- + 2H₂O (6)

MoS₂ + 9ClO^- + 4OH^-  MoO₄^2- + 2SO₄^2- + 9Cl^- + H₂O + 2H⁺ (7)

Используя термодинамические характеристики компонентов системы, указать условия протекания реакций (6) и (7); расчет выполнить на 9 моля MoS₂.

Решение:

MoS₂ + 6ClO^- + 4OH^-  MoO₄^2- + S + SO₄^2- + 6Cl^- + 2H₂O

MoS₂ + 9ClO^- + 4OH^-  MoO₄^2- + 2SO₄^2- + 9Cl^- + H₂O + 2H⁺

Комбинируя реакции получим:

H₂O + 3ClO^- + S  SO₄^2- + 3Cl^- + 2H⁺

На 9 моль:

9H₂O + 27ClO^- +9S  9SO₄^2- + 27Cl^- + 18H⁺

Изменение стандартной энергии Гиббса ∆G_T⁰ рассчитывается по формуле:

∆G_T⁰ = ∆Н_T⁰ - Т* ∆S_T⁰ (8)

Определяем изменение стандартной энергии Гиббса ∆G_T⁰ при температуре 298К:

∆G₂₉₈⁰ = ∆Н₂₉₈⁰ - Т* ∆S₂₉₈⁰

По табличным данным для стандартной энтальпии образования веществ находим ∆Н_T⁰ реакции:

∆Н₂₉₈⁰ = 9∆Н₂₉₈⁰(SO₄^2-) + 27∆Н₂₉₈⁰(Cl^-) + 18∆Н₂₉₈⁰(H⁺) –9∆Н₂₉₈⁰(H₂O) –27∆Н₂₉₈⁰(ClO^-) – 9∆Н₂₉₈⁰(S) = 9*(-907,51) + 27*(-167,46) + 18*0 – 9*(-285,84) – 27*(-107,65) – 9*0 = -8167,59 – 4521,42 + 2572,56 + 2906,55 = -7210 кДж/моль

По табличным данным для стандартной энтропии образования веществ находим ∆S_T⁰ реакции:

∆S₂₉₈⁰ = 9∆S₂₉₈⁰(SO₄^2-) + 27∆S₂₉₈⁰(Cl^-) + 18∆S₂₉₈⁰(H⁺) – 9∆S₂₉₈⁰(H₂O) –27∆S₂₉₈⁰ (ClO^-) – 9∆S₂₉₈⁰(S) = 9*17,2 + 27*55,1 + 0 – 9*(69,96) – 27*47,53 – 9*31,88 =154,8 + 1487,7 - 629,64 – 1283,31 – 286,92 = -557,4 Дж/(Моль*К)

∆G₂₉₈⁰ = -7210*10³ + 557,4*298 = -7043,89 кДж/моль

Т.е. реакция (7) термодинамически более возможна в сравнении с реакцией (6), т.к. энергия Гиббса меньше на 7043,89 кДж