Химическая технология неорганических кислот, солей и щелочей. Учебное пособие

заменяют четырёхгорлой и присоединяют верхнеприводную мешалку. Над реактором 4 устанавливают обратный водяной холодильник 5 для конденсации уносимого газом пара и возврата конденсата в реактор, что исключает чрезмерное увеличение концентрации раствора и кристаллизацию медного купороса в реакторе.

Рис. 9. Схема установки для получения медного купороса:

1 – компрессор; 2 – воронка капельная; 3 – колба-смеситель для получения SO2; 4 – реактор для получения медного купороса; 5 – холодильник; 6 – водяная баня; 7 – электроплитка; 8 – ловушка

Кроме того, к холодильнику присоединяют ловушку со щелочью 8. Реактор помещают в водяную баню 6, установленную на электроплитку 7.

1. Приготовьте насыщенный при 15–25°С раствор медного купороса (табл. 11 приложения). При 15–25 °С насыщенный раствор содержит 190–225 г/дм3 CuSO4, при 90 °С − 627 г/дм3.

2. Рассчитайте массу оксида меди (II). Величину навески рассчитывайте таким образом, чтобы после проведения реакции содержание CuSO4 в растворе приблизительно удвоилось

61

емная концентрация SO2 в газовой смеси будет равна 5 %.

По окончании реакции раствор (суспензию) медного купороса вылейте на воронку Бюхнера, охладите до 20 °С и отфильтруйте, используя водоструйный насос. Сушите в тигле в сушильном шкафу при 90–100°С и взвесьте. Измерьтеобъем оставшегося маточного раствора.

62

4. Проведите анализ на содержание CuSO4.

А) Фотометрический метод определения меди в растворе. Для составления материального баланса необходимо сделать анализ на содержание CuSO4 в исходном растворе медного купороса и в растворе, оставшемся после отделения кристаллов.

Фотометрическое определение меди в растворе выполните аммиачным методом, который основан на образовании ионом Cu2+ с аммиаком комплекса [Cu(NH3)4]2+, окрашенного в интенсивный синий цвет.

Перед определением концентрации меди в растворе необходимо построить градуировочный график, пользуясьспециальным растворителем и стандартным раствором соли меди.

Приготовление раствора сравнения для построения гра-

дуировочного графика. 10 см3 разбавленного (1:3) раствора аммиака перенесите в мерную колбу вместимостью 50 см3, добавьте

трированной серной кислоты (ρ = 1,84 г/см3) и доведите водой до метки. В 1 см3 этого раствора содержится 1 мг ионов Cu2+.

Построение градуировочного графика. В 6 мерных колб вместимостью по 50 см3 отмерьте бюреткой соответственно 25,0; 20,0; 15,0; 10,0; 5,0 и 2,5 см3 стандартного раствора соли меди. В каждую из колб добавьте по 10 см3 разбавленного (1:3) раствора аммиака и доведите объёмы до метки дистиллированной водой.

Измерение начните с раствора, имеющего наибольшую концентрацию меди. Раствор из колбы налейте в кювету с рабочей шириной 1 см, закройте кювету крышкой и измерьте оптическую плотность (А) раствора при красном светофильтре.

Измерив оптическую плотность всех растворов, постройте градуировочный график. По оси абсцисс откладывайте извест-

ные концентрации Cu2+ (т. е. 0,50; 0,40; 0,30; 0,20; 0,10; 0,025 мг

63

меди в 1 см3), а по оси ординат соответствующую им оптическую плотность (А) растворов.

Ход определения меди в исследуемом растворе.В мер-

ную колбу вместимостью 50 см3 добавьте некоторое количество (по заданию преподавателя) исследуемого раствора, который может содержать от 0,01 до 0,50 мг Cu2+. Прибавьте в колбу 1 каплю концентрированной серной кислоты ρ( = 1,84 г/см3) и нейтрализуйте разбавленным (1:3) раствором аммиака, добавляя его по капле до появления мути. После этого прилейте ещё 10 см3 аммиака и доведите объём в колбе до метки.

Раствор тщательно перемешайте, наполните им кювету шириной 1 см и измерьте оптическую плотность (А) при красном светофильтре, т. е. при тех же условиях, при которых был построен градуировочный график. Знаяоптическую плотность, найдите по градуировочному графику концентрацию ионов Cu2+ в растворе в мг/см3. Исходя из объёма исследуемого раствора (50 см3) вычислите общую массу меди.

Б) Определение содержания меди в растворе методом йодометрического титрования. Концентрацию ионов Cu2+ в рас-

титруют раствором тиосульфата натрия. Реакция должна проходить в слабокислой среде. В слишком кислой среде происходит окисление йодид-ионов кислородом воздуха. Для проведения эксперимента необходим раствор йода, стандартизованный по тиосульфату натрия.

Стандартизация раствора тиосульфата натрия по йоду.

Чистую бюретку ополосните раствором тиосульфата натрия и подготовьте её к титрованию. Пипетку промойте раствором йода. Отмерьте в коническую колбу 10 см3 раствора йода и титруйте его раствором тиосульфата натрия до тех пор, покабурая окраска

64

не сменится соломенно-жёлтой. После этого прибавьте 2 см3 крахмала и продолжайте титровать. Появившееся синее окрашивание должно обесцвечиваться от одной избыточной капли тиосульфата. Повторите титрование ещё 2 раза и возьмите среднее между полученными значениями объёмов. Вычислите эквивалентную концентрацию раствора йода по закону эквивалентов:

СN (I2 ) = CN (Na2S2OV3(I)×2V) (Na2S2O3 ) .

Ход определения меди в раствореВ. мерную колбу вме-

стимостью 100 см3 возьмите для анализа 1 см3 раствора соли меди. Подкислите раствор 3 см3 2 моль-экв/дм3 раствора серной кислоты, доведите объём дистиллированной водой до метки и хорошо перемешайте.

В коническую колбу для титрования отмерьте пипеткой 10 см3 20 %-ного раствора йодида калия, перенесите туда же 10 см3 анализируемого раствора соли меди, накройте колбу часовым стеклом и поставьте в тёмное место приблизительно на 1 ч для завершения реакции.

Побуревшую от выделившегося йода жидкость титруйте из бюретки тиосульфатом натрия до тех пор, пока окраска не станет соломенно-жёлтой, затем прибавьте 3 см3 крахмала и продолжайте титровать до обесцвечивания синего окрашивания от одной избыточной капли тиосульфата.

Повторите титрование ещё 2 раза. Возьмите среднее из трёх результатов. Вычислите эквивалентную концентрацию анализируемого раствора и массу меди в 100 см3 анализируемого раствора.

Содержание отчета

1.Приведите массу кристаллогидрата сульфата меди, взятого для опыта, и массу сульфита натрия m(Na2SO3).

2.Рассчитайте массу оксида меди (II).

65

3.Рассчитайте объем раствора серной кислоты, необходимый для разложения сульфита натрия (избыток 1,5).

4.Рассчитайте по уравнению реакции массу сульфата меди mт.

5.Определите степень превращения (%) по уравнению:

х = mпр ×100. mт

6. Результаты фотометрических измерений растворов сульфата меди представьте в табл. 13

Таблица 13

Экспериментальные данные (фотометрические измерения)

7.Постройте калибровочный график и определите концентрацию ионов Cu2+ в растворе в мг/см3.

8.Определите содержание меди в растворе методом йодометрического титрования. Результаты титрования внесите в табл.14.

9.Вычислите эквивалентную концентрацию ионов меди и массу меди, которая содержится в объеме оставшегося маточного

раствора.

66

10. По результатам анализа составьте материальный баланс

Задания

1.В каких отраслях промышленности используют медный купорос?

2.Назовите способы получения медного купороса.

3.Перечислите условия и основные технологические параметры, влияющие на скорость и эффективность процесса.

4.Почему ускоряется окисление меди в присутствии медного купороса?

5.Опишите аналитические методы анализа меди в растворах.

67

6.Осуществите превращения:

10.Какое количество CuSO4∙5H2O надо взять для приготовления 1 дм3 0,5 н. раствора?

11.При участии кислорода воздуха медь реагирует с разбавленной серной кислотой. Вычислите количество веществ,

необходимых для получения сульфата меди (II),заключающегося в 1 тандартногост (96,2%-ного) медного купороса.

12.Необходимо получить медный купорос, затратив меньше кислоты. Какой способ и почему следует предпочесть:

действие серной кислоты на оксид меди (II)или же на медь?

13.При электролизе раствора сульфата меди на аноде выделилось 560 см3 газа (н.у.). Опишите процессы, происходящие на электродах, и найдите массу меди, выделившейся на катоде.

14.Определите массовую долю сульфата меди в растворе, полученном при растворении 50 г CuSO45Н2О в 450 г воды.

15.В какой массе воды нужно растворить 25 г медного купороса, чтобы получить 8%-ный по массе раствор?

16.Для перекристаллизации был взят медный купорос

CuSO4∙5H2O массой 1 кг, в котором массовая доля примесей составляет 2 %. Вычислите выход чистой соли

занных температурах соответственно равен 0,16 и 0,72.

68

ПРИЛОЖЕНИЕ

69

Таблица 2

Физико-химические показатели, нормируемые для концентрированной азотной кислоты

Физико-химические показатели, нормируемые для неконцентрированной азотной кислоты

70