Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химическая технология. Учебно-методическое пособие
.pdf
5. Что такое титр раствора? Титр раствора по определяемому
веществу? Как рассчитываются эти величины? Как рассчитать титр
щелочи по фосфору?
6. Что такое титрованные растворы кислот, щелочей?
Как их готовят?
7. Почему при определении фосфора в стали объемным методом
производят обратное титрование? В чем его сущность? Другие виды
титрования.
8. Записать формулу для расчета процентного содержания фос-
фора в стали с расшифровкой всех величин, входящих в нее. На основании полученных данных сделать вывод о качестве стали.
3. РАЗДЕЛЕНИЕ СОЛЕЙ ЗА СЧЕТ
ИХ РАЗЛИЧНОЙ РАСТВОРИМОСТИ
В природных условиях соли обычно смешаны с другими солями или минералами. Отделение солей друг от друга осуществляется
растворением их в воде с последующим фильтрованием и кристаллизацией.
Для выделения веществ из раствора находит применение метод
политермической кристаллизации, который основан на различной
растворимости солей в зависимости от температуры. Если растворимость одной из солей увеличивается с повышением температуры более резко по сравнению с растворимостью второй соли, то выделение
первой соли можно осуществить охлаждением раствора солей, приготовленного при повышенной температуре.
При кристаллизации соли учитывают самые разнообразные факторы: скорость кристаллизации, температуру, степень очистки солей
от примесей, использование теплоты, получаемой при охлаждении
растворов, и т.п.
Работа 4. Выделение хлорида калия
из сильвинита и его анализ
Хлорид калия получают из сильвинита. Разделение хлоридов
калия и натрия основано на их различной растворимости. Поскольку
растворимость хлорида калия в отличие от хлорида натрия резко возрастает с повышением температуры, отделение хлорида калия можно
провести охлаждением горячего насыщенного раствора смеси солей,
из которых и будет выделяться хлорид калия.
21
Оптимальные условия переработки сильвинита можно установить, исходя из данных по растворимости в системе NaCl – KCl –
H2O. В таблице приведены растворимости чистых солей (NaCl и KCl),
а также состав раствора, находящегося в состоянии равновесия со
смесью хлоридов калия и натрия.
Таблица
Температура,
С
25
50
75
100
Состав осадка
KCl
NaCl
KCl+NaCl
KCl
NaCl
KCl+NaCl
KCl
NaCl
KCl+NaCl
KCl
NaCl
KCl+NaCl
Количество граммов соли на 100 г воды
NaCl KCl
–
35,63
29,38
–
36,50
29,09
–
37,75
27,87
–
39,40
27,37
26,96
–
16,28
43,12
–
22,03
49,70
–
29,06
56,20
–
35,16
Цель работы: получить 15–20 г хлорида калия из сильвинита.
Оборудование и материалы
1. Два фарфоровых стеклянных стакана на 200–250 г.
2. Мешалка.
3. Термометр.
4. Воронка для горячего фильтрования.
5. Раздробленный сильвинит или искусственная смесь эквива-
лентных количеств солей.
6. Технические весы с разновесом.
7. Мензурки на 100–150 мл.
8. Раствор кобальтинитрита натрия.
Проведение работы
Растворение сильвинита проводится в стакане, снабженном
стеклянной мешалкой и термометром.
Выщелачивание сильвинита проводится щелоком. Для его получения отвешивают в стакане 25 г сильвинита, наливают 50 мл воды,
нагревают до кипения и после перемешивания охлаждают.
22
Холодный раствор декантируют с выпавшего осадка в стакан,
в который добавляют 25 г сильвинита, и смесь нагревают до 100 С.
Затем раствор отделяют от осадка через воронку для горячего фильтрования (можно применить обычный бумажный фильтр). Раствор
охлаждают до 25 С, выпавший осадок хлорида калия отфильтровывают через воронку с бумажным фильтром, высушивают и взвешивают.
Для анализа продукта отвешивают на аналитических весах 0,1–
0,2 г соли, растворяют ее в 10–12 мл воды, подкисляют 1–2 мл уксусной кислоты и приливают раствор кобальтинитрита натрия до прекра-
щения выделения желтого осадка K2Na[Co(NO2)6]H2O. Осадок фильтруют и промывают сначала 10%-м раствором уксусной кислоты до появления бесцветного фильтрата, а затем спиртом, высушивают при
110 С, взвешивают и рассчитывают процентное содержание хлорида
калия во взятой навеске. Аналитический фактор пересчета для определения количества хлорида калия по массе K2Na[Co(NO2)6]H2O = 0,1642.
На основании количества полученного хлорида калия и количества взятого сильвинита рассчитывают выход хлорида калия.
Количество солей, перешедших в раствор, определяют теоретическим путем на основании количества взятой воды и растворимости
солей. Количество хлорида калия рассчитывается на основании результатов анализа и общей массы полученного осадка солей.
Оформление результатов работы
Результаты оформляют в виде таблицы.
Взято воды,
г
Взято солей, г
KCl NaCl KCl NaCl
Выпало солей из раствора,
г
Выход соли,
%
Вопросы и задачи
1. Что представляет собой сильвинит? Назовите другие при-
родные соединения калия?
2. В чем суть галлургического способа разделения солей?
На чем оно основано?
3. В чем суть флотационного способа разделения природных
смесей? Флотореагенты, их назначение, принцип действия, природа
различных флотореагентов.
4. Современная теория, объясняющая принцип действия флотореагентов-собирателей.
23
5. Применение флотационного способа разделения смесей солей для извлечения KCl из сильвинита.
6. Теоретические основы анализа извлеченного из сильвинита
хлорида калия на содержание KCl:
а) принцип выбора осадителя;
б) специфические особенности фильтрования и промывания
осадка;
в) уравнения реакций, лежащих в основе анализа, с приведением
уравнений, характеризующих свойства осадка.
7. Аналитический фактор пересчета в гравиметрическом анализе. Привести формулу для расчета процентного содержания KCl
в препарате.
4. ПОЛУЧЕНИЕ СОЛЕЙ ДЕЙСТВИЕМ КИСЛОТ
НА МИНЕРАЛЬНОЕ СЫРЬЕ
Кислоты в настоящее время довольно широко применяют
для разложения минералов. Наиболее часто для этой цели применяют
серную кислоту, так как концентрированная серная кислота инертна
к чугуну. Пользуясь серной кислотой, можно проводить реакции кислотного расщепления при значительном нагревании.
Наибольшее промышленное значение кислотное расщепление
имеет при производстве фосфорных удобрений и переработке руд
редких элементов, например титана, циркония, лития. Под действием
серной кислоты разрушается естественная структура минералов, образуются соли серной кислоты, которые выщелачиваются водой
и подвергаются соответствующей химической переработке.
Работа 5. Анализ суперфосфата
Суперфосфат получается при взаимодействии апатита или фосфорита с серной кислотой:
2Ca5F(PO4)3 + 7H2SO4 = 3Ca(H2PO4)2 + 7CaSO4 + 2HF;
Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 = Ca(H2PO4)2 + 2CaSO4.
Поскольку это взаимодействие осуществляется между жидким и
твердым веществами, реакция протекает довольно медленно.
В первую очередь реакция идет на поверхности крупинок с образованием фосфорной кислоты и сульфата кальция, например:
Ca5F(PO4)3 + 5H2SO4 + 2,5H2O = 5(CaSO40,5H2O) + 3H3PO4 + HF.
24
Указанные реакции, а также кристаллизация веществ протекают
довольно медленно. Полное разложение фосфата проходит течение
20–30 сут. и заканчивается на складе. Помимо однозамещенного фос-
фата кальция Ca(H2PO4)2Н2О в суперфосфате в небольших количествах присутствует также и двузамещенный фосфат кальция
CaHPO42Н2О, а также свободная фосфорная кислота.
Оптимальные условия переработки – температура, концентрация кислоты и время переработки – определяются составом сырья
и его физико-химической структурой.
При анализе суперфосфата определяют общее содержание фосфора (в расчете на Р2О5) и его количество, которое усваивается растениями. Для определения последнего суперфосфат обрабатывают водой, а затем аммиачным раствором цитрата аммония. В водный раствор переходит свободная фосфорная кислота и однозамещенный
фосфат кальция. В цитрате аммония растворяется главным образом
двузамещенный фосфат кальция, который в воде плохо растворим.
Содержание влаги определяют высушиванием 10 г суперфосфата
при 100–102 С в течение 3 ч.
Из раствора ион НРО
2–
осаждают аммиачным раствором хлори-
4
да магния:
HPO
2–
+ Mg2+ + NH4OH = MgNH4PO4 + H2O.
4
Выпавший осадок магний-аммоний фосфата отфильтровывают
и прокаливают. При этом он переходит в пирофосфат магния. По массе пирофосфата магния рассчитывают количество фосфора (в пересчете на пятиокись), содержащегося в суперфосфате.
Оборудование и материалы
1. Суперфосфат.
2. Технохимические весы с разновесом.
3. Фарфоровая ступка с пестиком.
4. Магнезиальная смесь.
5. Соляная кислота (d = 1,19).
6. Раствор Патермана.
7. Фенолфталеин.
8. 25%-й раствор аммиака.
9. 2–3%-й раствор аммиака.
10. Воронки, фильтры, колбы.
25
Проведение работы
bab
100
Для анализа отвешивают на аналитических весах 2,0–2,5 г суперфосфата и растирают в фарфоровой ступке до уничтожения комочков. В ступку приливают 25 мл воды, смесь растирают и после отстаивания раствор фильтруют в мерную колбу (на 250 мл). В колбу
предварительно наливают 5–6 капель соляной кислоты, которая предупреждает гидролиз солей кальция. Остаток в ступке растирают
еще три раза с водой, прибавляя каждый раз воды по 20–25 мл, и каждый раз декантируют раствор на фильтр. Затем нерастворившийся
осадок переносят на фильтр и промывают его водой, заполняя колбу
до метки. Раствор тщательно перемешивают. Он содержит водорастворимую пятиокись фосфора P2O5.
Фильтр с нерастворившимися осадками переносят в другую
мерную колбу емкостью 250 мл, приливают 25 мл раствора Патермана и, закрыв колбу пробкой, сильно взбалтывают (фильтр распадается
на волокна). Колбу нагревают до 60 С в течение 15 мин. Затем содержимое колбы охлаждают, доливают дистиллированной водой
до метки, тщательно перемешивают и фильтруют через сухой фильтр
в колбу. Первые порции фильтра отбрасывают. Раствор содержит водорастворимую пятиокись фосфора.
Для определения общего количества цитрато- и водорастворимой фосфорной кислоты из водной вытяжки и цитратного раствора
берут по 50 мл и выливают эти растворы в стакан. Туда же наливают
25 мл раствора Патермана, перемешивают и нейтрализуют 2–3%-м
раствором аммиака по фенолфталеину. Для осаждения фосфат-иона
к раствору приливают 25 мл магнезиальной смеси, а затем 10 мл 25%-го
раствора аммиака. Содержимое стакана перемешивают в течение
30 мин или оставляют стоять в течение 5–15 ч. Выпавший осадок
магний-аммоний фосфата фильтруют через плотный беззольный
фильтр и промывают 2–3%-й раствором аммиака. Затем фильтр
с осадком переносят в тигель, высушивают, озоляют, прокаливают
в муфеле при красном калении и взвешивают.
Содержание фосфорной кислоты в расчете на фосфорный ангидрид вычисляют по формуле:
а
ОР 319
%
,
52
1005006377,0
где а – масса пирофосфата, г;
b – навеска суперфосфата, г;
0,6377 – множитель для пересчета Mg2P2O7 на Р2О5.
26
Оформление результатов работы
Описать метод получения суперфосфата. Провести расчет
и оформить результаты анализа.
Реактивы, используемые при анализе суперфосфата:
1. Магнезиальная смесь готовится растворением 55 г хлорида
магния и 70 г хлорида аммония в 1 л воды.
2. 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%-го раствора аммиака, чтобы в нем содержался 51 г
аммиака. Для этого к концентрированному раствору аммиака прибавляют равный объем дистиллированной воды и по плотности определяют количество миллилитров раствора, необходимое для нейтрализации лимонной кислоты и содержащее 51 г аммиака.
Раствор аммиака наливают в мерную колбу емкостью 1 л, 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. Фосфорные удобрения, их классификация, краткая характе-
ристика. Уравнения реакций, лежащих в основе их получения.
2. Производство простого суперфосфата:
Какие реакции лежат в основе его получения?
Каков характер процесса по фазовому состоянию компонен-
тов реакции?
Математическое уравнение, описывающее этот процесс.
Лимитирующая стадия.
Проанализировать влияние различных факторов на самую
медленную стадию процесса и сделать вывод об оптимальных условиях процесса.
Рассмотреть технологическую схему производства простого
суперфосфата непрерывным методом.
3. Производство фосфорной кислоты экстракционным и электротермическим методами. Теоретические основы и сравнительная
оценка двух методов производства фосфорной кислоты.
4. Получение обесфторенного фосфата, силикофосфата, нитроаммофоски: уравнения реакций получения, характеристика удобрений.
27
5. Теоретические основы анализа суперфосфата:
В какой форме фосфор содержится в суперфосфате? Почему
готовят две вытяжки? Какие? Объясните выбор осадителя, приведите
уравнения реакций, характеризующих процесс осаждения.
Какие превращения происходят при прокаливании осадка
в муфельной печи? Привести уравнения реакций.
Аналитический фактор пересчета в весовом анализе: как он
применяется для расчета процентного содержания фосфора (в расчете
на Р2О5) в суперфосфате? Привести формулу для расчета содержания
фосфора в суперфосфате с полной расшифровкой всех величин
в нее входящих.
5. АНАЛИЗ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
Твердое топливо имеет сложный состав и включает воду, органические и минеральные вещества. В состав органических веществ
топлива входят углерод, водород, азот, кислород, сера. В состав минеральных веществ, являющихся балластом, входят в основном элементы (кальций, магний, железо, алюминий) в виде карбонатов, силикатов, фосфатов и т.д. Технический анализ сводится к определению
влажности, зольности и количества летучих продуктов. Результаты
анализа относят к топливу, не подвергшемуся подсушке (рабочее
топливо), или к воздушно-сухому, или к абсолютно сухому. Воздушно-сухим называется топливо, получаемое высушиванием при 70–
75 С в сушильном шкафу, а затем при комнатной температуре
на воздухе. Абсолютно сухим называется топливо, получаемое высушиванием его при 105 С до постоянной массы.
Во всех случаях при анализе топлива необходимо брать среднюю
пробу. Для этого измельчают несколько кусков угля (сланца, антрацита
и др.) и просеивают через сито, снова измельчают и просеивают.
Работа 6
1. Определение влажности твердого топлива
Цель работы: определить влажность топлива.
Оборудование и материалы
1. Твердое топливо (каменный уголь, антрацит, сланец).
2. Аналитические весы с разновесами (точность взвешивания
0,001 г).
3. Бюкс высотой 25–30 мм и диаметром 35–40 мм.
28
4. Сушильный шкаф с термометром.
m
Навеска топлива
, г Убыль в массе
,
г Количество влаги
,
% до высушивания
после высушивания
5. Ступка с пестиком.
6. Сито с диаметром отверстий 0,2 мм.
7. Эксикатор.
Проведение работы
Топливо предварительно измельчают в ступке и просеивают. Берут 1–2 г топлива и помещают в предварительно взвешенный бюкс без
крышки и высушивают при 102–105 С около 2 ч до постоянной массы.
Высушенное топливо вынимают из сушильного шкафа, закрывают
бюкс крышкой, охлаждают сначала на воздухе, затем в эксикаторе
и взвешивают. Содержание влаги рассчитывается по формуле (в %):
MW100
,
где M – убыль в массе после высушивания, г;
m – навеска топлива, г.
Оформление результатов работы
Полученные данные занести в таблицу.
2. Определение количества летучих веществ в топливе
Количество летучих веществ, выделяющихся при нагревании
топлива без доступа воздуха, в значительной степени определяется
условиями анализа и зависит от скорости и температуры нагревания,
измельченности топлива, сосуда, в котором проводится анализ, и т.д.
Поэтому для получения сопоставимых результатов анализ нужно
проводить в одинаковых условиях.
Цель работы: определить количество летучих веществ в твердом топливе.
Оборудование и материалы
1. Твердое топливо (каменный уголь, антрацит, сланец и т.д.).
2. Фарфоровый тигель с крышкой (высота 40 мм, диаметр 30 мм).
3. Муфельная печь на 900 С.
4. Аналитические весы с разновесами.
5. Эксикатор.
6. Тигельные щипцы.
29
Проведение работы
m
m
Навеску измельченного воздушно-сухого твердого топлива
в количестве около 1 г отвешивают в предварительно в просушенный
и взвешенный тигель. Тигель закрывают крышкой и помещают
в электрическую печь, нагретую до 850 С, и выдерживают там в течение 7 мин. При этом происходит удаление влаги и летучих органических веществ. Затем тигель вынимают и охлаждают, не снимая
крышки, сначала на воздухе 5 мин, а затем в эксикаторе до комнатной
температуры. Охлажденный тигель взвешивают, количество летучих
веществ рассчитывают по формуле:
OHp
100)(
ЛВ
%
,
2
где р – потеря топлива в массе после прокаливания;
m – навеска топлива;
Н2О – влага, имевшаяся в навеске угля.
Количество влаги вычисляется, исходя из процентного содержания влаги, имевшейся в угле. Следовательно, прежде чем определить
количество летучих веществ, нужно определить количество влаги.
Количество летучих веществ в топливе в этом случае можно
рассчитать по формуле:
ЛВ %100% ,
р
W
где р – потеря топлива в массе после прокаливания;
%W – процентное содержание влаги в топливе.
Оформление результатов работы
Кратко описать методику работы и полученные цифровые данные внести в таблицу.
Навеска
топлива,
г
Убыль в массе,
г
Влажность, пе-
речисленная к
навеске, г
Количество летучих веществ
в г в %
3. Определение зольности твердого топлива
Минеральные вещества, присутствующие в твердом топливе,
имеют двоякое происхождение. С одной стороны, это песок, глина
и другие виды пустой породы, попавшей в топливо при его добыче.
Другая часть минеральных веществ связана с углем. Независимо
от происхождения наличие минеральных веществ ухудшает качество
топлива; при высоком их содержании часто затрудняет его применение.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]