1.5 Экстракция из водных растворов

Задание. Мышьяк (III) отделяют от висмута (III) и сурьмы (III) из водного раствора хлороводородной кислоты (8 моль/дм³) экстракцией бензолом, в котором сурьма и висмут практически не растворимы.

Определить число порций (х) по V₁ бензола, необходимое для экстракции V₂ водного раствора HCl, содержащего на первой операции m₁, г мышьяка (III) до остаточного содержания m_n, мг As (III). Константа распределения мышьяка в растворах K = C_H2O/_C6H6 = 0,05 при 25 ⁰С.

Таблица 2 - Экстракция из водных растворов

№ варианта	V1, мл	V2, мл	m1, г	mn, мг
9	90	90	0,150	0,15

Решение:

При одностадийном экстрагировании:

(9) Откуда

(10)

m₀ = 1,5*10^-4/(0,05*0,00009/(0,05*0,00009 + 0,00009)) = 1,5*10^-4/(0,0476) = 0,00315 кг

(11)

Откуда

0,00000015 =0,00315*0,0476 ⁿ

0,0476 ⁿ =0,0000476

log(0,0476)ⁿ =log0,0000476

n*log0,0476=log0,0000476

n=3,26

Значит число порций будет равно 3 по V₁ бензола, необходимое для экстракции V₂ водного раствора HCl.

1.6 Обжиг сульфидов и спекание

Задание. Составить уравнение связи для реакций сульфатизирующего обжига в интервале 298 – 900 К.

Рассчитать для температуры 400 К и 800 К и оценить их термодинамическую вероятность протекания, сопоставив их с данными практики сульфатизирующего обжига.

Таблица 3 - Обжиг сульфидов и спекание

№ варианта	Реакция	, кДж	, кДж
9	2PbOтв + 2SO2 + PbSO4 тв = 3PbS + 5О2	-	-

Решение:

Для расчета используем данные таблицы 4

Таблица 4 – Термодинамические характеристики компонентов реакции

Компо- ненты системы	кДж/моль	Дж/(мольК)	Ср = а + bT + c-2 T-2			Температур-ный интервал, К
			а	b103	c-210-5
			Дж/(мольК)
PbS	-100,42	91,21	46,74	9,20	-	298-1392
PbOтв	-217,61	66,11	37,87	26,78	-	298-1000
PbSO4	-918,1	147,3	45,86	129,7	17,57	298-1000
SO2	-296,90	248,07	42,55	12,55	-5,65	298-1800
O2	0	205,04	31,46	3,39	-3,37	298-3000

Таблица 5 – Величины M_n для вычисления термодинамических функций по методу Темкина и Шварцмана

Т	М0	М1 10-3	М -2 105
400	0,0392	0,0130	0,0364
800	0,3597	0,1574	0,2213

(12)

ΔH⁰₂₉₈ = 3*ΔH⁰₂₉₈(PbS) + 5*ΔH⁰₂₉₈(O₂) - 2*ΔH⁰₂₉₈(PbO) – 2*ΔH⁰₂₉₈ (SO₂) –ΔH⁰₂₉₈(PbSO₄) = 3*(-100,42) +5*0 -2*(-217,61) – 2*(-296,90) +918,1 = 1645,86 кДж/моль

ΔS⁰₂₉₈ = 3*ΔS⁰₂₉₈(PbS) +5*ΔS⁰₂₉₈(O₂) - 2*ΔS⁰₂₉₈(PbO) – 2*ΔS⁰₂₉₈ (SO₂) –ΔS⁰₂₉₈(PbSO₄) = 2*91,21 + 5*205,04 - 2*58,70 – 2*248,07 – 147,3 = 537,99 Дж/(моль*К)

Δа = 3*46,74 +5*31,46 - 2*37,87 – 2*42,55 –45,86 = 90,82

Δb = (3*9,20 + 5*3,39 -2*26,78 – 2*12,55 – 129,7)*10^-3 = -163,81*10^-3

Δc = (3*0+5*(-3,77)-2*0-2*(5,65)-17,57)*10^-5=-25,12*10^-5

∆G_T⁰ = 1645,86*10³ - 537,99*Т – Т*(90,82*М_о - 163,81*М₁ - 25,12*М_-2)

∆G₄₀₀⁰=1645860-537,99*400-400(90,82*0,0392-163,81*0,013-25,12*0,0364) = 1645860-538,54*400=1430456 Дж/моль

∆G₈₀₀⁰=1645860-537,99*800-800(90,82*0,3597-163,81*0,1574-5,12*0,2213) = 1645860-539,22*800=1214404 Дж/моль

Т.е. реакция при Т = 400 термодинамически более возможна в сравнении с реакцией при Т = 800, т.к. энергия Гиббса меньше на 216052 Дж/моль