Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химическая технология. Учебно-методическое пособие
.pdf
Оформление результатов работы
Описать методику устранения жесткости (при помощи катионита
и известково-содовым методом) и провести соответствующие расчеты.
Вопросы и задачи
1. Химические, физические и физико-химические способы
умягчения воды.
2. Почему для регенерации катионита его промывают раствором хлорида натрия, а затем водой? Можно ли применить для этих
целей раствор хлорида кальция?
3. Для удаления карбонатной жесткости применяют одно
из следующих веществ: едкий натр, гашеную известь, тринатрийфосфат. Какое из названных веществ окажется наиболее эффективным,
если взять их одинаковые количества? Ответ подтвердить уравнениями реакций и соответствующими расчетами.
4. Какими химическими способами удаляют постоянную (некарбонатную) жесткость? Ответ подтвердить уравнениями реакций.
7. СИНТЕЗ И КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ
ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ ВЕЩЕСТВ
Высокомолекулярными, или полимерными, называются соединения, имеющие большие молекулярные массы, доходящие до сотен
тысяч углеродных единиц, и имеющие в составе их макромолекул
большое количество элементарных звеньев, состоящих большей частью из одних и тех же групп атомов.
Получение высокомолекулярных веществ, т.е. соединение друг
с другом большого числа звеньев в макромолекулы, осуществляется
с помощью реакций двух типов:
1. Реакции поликонденсации, заключающиеся в конденсации
большого количества молекул с выделением в качестве побочного
продукта какого-либо вещества с небольшой молекулярной массой.
2. Реакции полимеризации, заключающиеся в соединении молекул низкомолекулярного вещества (мономера) с образованием макромолекул полимера, причем каких-либо других веществ при этих реакциях не образуется.
Большое практическое значение за последние годы получили
синтетические смолы и пластмассы, получаемые на их основе.
41
Составными частями смесей, используемых для фотометриро-
вания пластмасс, являются:
связующее вещество (основная часть пластмассы), соединя-
ющее составные части в единое целое;
пластификаторы – вещества, повышающие пластичность смол
и облегчающие формование из них изделий;
наполнители – инертные вещества, придающие пластмассам
те или иные механические свойства и уменьшающие содержание связующего вещества;
растворители – вещества, снижающие вязкость связующего
вещества и испаряющиеся при формовке изделий;
стабилизаторы – вещества, обеспечивающие химическую ста-
бильность пластмассы, т.е. препятствующие протеканию реакций
окисления, разложения и др.
Синтетические смолы на основании их свойств и условий пере-
работки делятся на две группы:
1. Термопластичные смолы, которые при нагревании переходят
в эластичное, а затем в вязко-текучее состояние; после охлаждения
они снова затвердевают. Нагревание и охлаждение этих смол не вызывают изменений в их структуре, так как нагревание и охлаждение
не сопровождаются какими-либо химическими превращениями.
2. Термореактивные смолы при нагревании вследствие протека-
ния химических реакций подвергаются сильным изменениям. В частности, они перестают размягчаться при повторном нагревании.
Работа 9. Получение фенолформальдегидных смол
Фенолформальдегидные смолы получаются при конденсации фенола и формальдегида. В зависимости от соотношения фенола и формальдегида получаются так называемые новолачные и резольные смолы.
Новолачные смолы образуются при небольшом избытке фенола
(на 7 моль фенола берется 6 моль формальдегида). В качестве катализатора применяется соляная или серная кислота. Новолачные смолы
термопластичны.
Резольные смолы образуются при небольшом избытке формальдегида (на 6 моль фенола берется 7 моль формальдегида). Катализатором является основание, например 20–25%-й раствор аммиака. Резольные смолы отличаются от новолачных наличием групп –СН2ОН,
которые при нагревании участвуют в конденсации и образовании новых мостиков из –СН2-групп. Так как отдельные линейные молекулы
42
«сшиваются», а из них образуется пространственная трехмерная
структура, резольные смолы являются термореактивными.
Цель работы: получить новолачную и резольную смолы и изучить их свойства.
Оборудование и материалы
1. Фенол.
2. Формальдегид (40%-й раствор).
3. Соляная кислота (d = 1,19).
4. Уротропин (гексаметилентетрамин).
5. Этиловый спирт или ацетон.
6. Круглодонная колба.
7. Водяная баня.
Проведение работы
В круглодонную колбу емкостью 50 мл помещают 7,5 г фенола
и 5 мл 40%-го раствора формальдегида. Смесь взбалтывают до растворения фенола. После этого добавляют 2–3 капли концентрированной соляной кислоты, колбу закрывают пробкой с обратным холо-
дильником и нагревают на водяной бане при 90–100 С до разделения
водного и смоляного слоев. Смесь выливают в предварительно взвешенную фарфоровую чашку. После отстаивания верхний водный
слой сливают и смолу промывают теплой водой до нейтральной реакции по метиловому оранжевому. Для высушивания смолы чашку по-
мещают в сушильный шкаф и нагревают до 180–200 С. Для определения выхода продукта чашку со смолой взвешивают.
Для установления линейного строения полимера 1 г полученного вещества измельчают, помещают в пробирку, приливают 10 мл
этилового спирта или ацетона и нагревают. Смесь взбалтывают через
каждые 5–10 мин в течение 1,0–1,5 ч. Смолы, имеющие линейную
структуру, растворяются.
Для получения резольной смолы в круглодонную колбу на 50 мл
помещают 5 г фенола, 10 мл 40%-го раствора формальдегида и 0,5 мл
40%-го раствора едкого натра. Колбу закрывают пробкой с обратным
холодильником. После встряхивания смесь нагревают на асбестированной сетке, медленно повышая температуру. Если смесь сильно закипает, то нагревание на некоторое время прекращают, а затем нагревают до кипения.
43
Нагревание продолжают примерно 1 ч до образования вязкой
массы, окрашенной в красный цвет. Горячую вязкую массу выливают
во взвешенную фарфоровую чашку или тигель. Для окончания реакции чашку помещают в сушильный шкаф и выдерживают при 100–
120 С до отвердения полимера. Для установления наличия пространственной структуры полимера несколько небольших его кусочков помещают в пробирку и изучают растворимость в спирте и ацетоне.
Вопросы и задачи
1. Производство пластмасс из синтетических смол. Составные
части пластмасс. Термопластичные смолы, получаемые цепной полимеризацией. Полиэтилен высокого (ВД) и низкого (НД) давления: механизм реакции, сравнительная характеристика полиэтилена ВД и НД.
2. Фенолформальдегидные смолы, термопластичные и термореактивные. Их строение и свойства. Теоретические основы получения новолачных и резальных смол (механизм реакции, влияние катализатора, соотношение компонентов реакции).
3. Пластмассы на основе новолачных и резольных смол. Их получение, свойства, применение.
Работа 10. Определение азота, серы,
хлора, фтора в полимерах
При качественном анализе полимеров на указанные элементы
полимер сплавляют с калием или натрием. При этом происходит глубокое разложение полимера: водород частично выделяется в свободном виде, а частично дает гидроокись калия; Кислород дает окись калия; азот, сера, хлор и фтор дают соответственно цианид калия, сульфид, хлорид и фторид калия. Эти вещества открываются обычными
химическими методами.
Цель работы: определить в полимере наличие азота, хлора, серы, фтора.
Оборудование и материалы
1. Набор полимеров.
2. Пробирки с пробками, имеющие отверстия для выхода газов.
3. Азотная кислота (1 : 10).
4. Соляная кислота (1 : 10).
5. Металлический калий или натрий.
6. 5%-ные растворы сульфатов двух- и трехвалентного железа.
44
7. 5%-й раствор нитрата серебра.
8. 5%-й раствор хлорида кальция.
9. 5%-й раствор ацетата свинца.
Открытие азота. В сухую пробирку помещают кусок калия
размером с полгорошины и такое же количество полимера. Пробирку
закрывают пробкой с небольшим отверстием, смесь сильно нагревают
до ее полного сплавления. При этом получается черная масса. Затем
еще горячую пробирку опускают (тяга!) в небольшую фарфоровую
чашку с 10–15 мл воды. Протекает бурная реакция.
При наличии в полимере азота образуется цианид калия. Для его
открытия раствор фильтруют, ¼ часть его переливают в пробирку
и приливают небольшое количество растворов солей двух- и трехвалентного железа, например FeSO4 и FeCl3. Затем раствор нагревают
до кипения, охлаждают и подкисляют 10–15%-м раствором соляной
кислоты. При наличии азота раствор окрашивается в синий цвет
за счет образования берлинской лазури (гексацианоферрата трехвалентного железа):
FeSO4 + 2KCN = Fe(CN)2 + K2SO4;
Fe(CN)2 + 4KCN = K4[Fe(CN)6];
K4[Fe(CN)6] + 4FeCl3 = Fe4[Fe(CN)6]3 + 12KCl.
При стоянии раствора на дне пробирки образуется синий осадок
берлинской лазури. Эту реакцию дают азотсодержащие полимеры: карбамидные, полиамидные, аминоформальдегидные, полиуретаны и др.
Открытие серы. ¼ часть раствора, оставшегося от анализа
на азот, переливают в пробирку и приливают к нему раствор уксуснокислого свинца. При наличии в полимере серы образуется черный
осадок сульфида свинца:
K2S + Pb(CH3COO)2 = PbS + 2CH3COOK.
От действия перекиси водорода осадок становится белым:
PbS + 4H2O2 = PbSO4 + 4H2O.
Сульфид калия образуется за счет отнятия серы от полимера
при его сплавлении с калием.
Реакцию на серу дают серосодержащие полимеры, например
тиокарбамидные, сульфофенольные и т.д.
Открытие хлора. ¼ часть раствора, оставшегося после откры-
тия азота, подкисляют 5–10%-й раствором азотной кислоты и прибавляют несколько капель 5–10%-го раствора азотнокислого серебра.
Образование белого осадка хлорида серебра указывает на присут-
45
ствие хлора. Остаток хлорида, в отличие от осадка бромида и иодида
серебра, растворим в растворе аммиака.
Открытие фтора. ¼ часть раствора, оставшегося от открытия
азота, переливают в пробирку, подкисляют разбавленной соляной кислотой и прибавляют несколько капель хлорида кальция. При наличии
фтора постепенно выпадает белый хлопьевидный осадок фторида кальция. Иногда осадок становится заметным только через 1,0–1,5 ч.
Оформление результатов работы
Записать методику и результаты анализа в виде таблицы.
Вопросы и задачи
1. Строение и свойства природных, искусственных и синтетических высокомолекулярных соединений (ВМС). Классификация
и свойства синтетических ВМС.
2. Способы получения ВМС. Реакции, лежащие в основе получения ВМС, их механизмы.
3. Механизм реакций производства полистирола.
4. Поливинилхлорид, политетрафторэтилен: строение, получение, применение.
46
ГЛАВА III. ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ
5
Тема 1. Анализ твердого топлива
Топливо – горючие органические вещества, являющиеся источником тепловой энергии, существующие в природе (уголь, нефть,
природный газ, древесина) и полученные искусственно (кокс, полукокс, синтетический бензин, продукты пиролиза нефти и т.п.). Ископаемые угли характеризуются содержанием в них двух основных частей: горючей массы и балласта, к которому относят влагу и минеральные вещества.
Технический анализ угля дает приближенное представление
о его составе и технической ценности: при анализе угля определяют
содержание влаги, золы, летучих веществ, нелетучего остатка серы,
теплотворную способность. В угле различается внешняя, гигроскопическая и химически связанная (конституционная) влага.
Газообразные и парообразные продукты, образующиеся при интенсивном нагревании угля без доступа воздуха, называются летучими веществами, выход которых колеблется в пределах 8–50 %. Остаток, который остается после удаления летучих веществ, называется
нелетучим остатком. После прокаливания нелетучего остатка остается
зола. Разность между нелетучим остатком и золой составляет нелетучую угольную массу, называемую коксом.
Основным свойством, по которому судят о ценности топлива,
является его теплотворная способность.
Пример 1. Проба воздушно-сухого угля содержит примерно 5 %
влаги. Какую навеску угля следует взять для определения влаги?
Решение. Вычисляют навеску угля, при высушивании которой
масса изменяется примерно на 0,1 г.
В 100 г воздушно-сухой пробы содержится 5 г влаги, в х г – 0,1 г:
.
1001,0
гх 2
Пример 2. В воздушно-сухой пробе угля содержится 3,30 %
аналитической влаги и 4,16 % золы. После прокаливания 1,0000 г
пробы угля без доступа воздуха масса остатка в тигле составила
0,5717 г. Вычислить процентное содержание кокса в сухой пробе
и содержание летучих веществ в пересчете на горючую массу.
47
Решение. 1. Вычислить общее процентное содержание влаги
и летучих золы и кокса:
1005717,0
ааКА ;
%17,57
0000,1
%83,4217,57100 ааVW ;
а
V ;
а
К .
%53,3930,383,42
%01,5316,417,57
2. Рассчитывают процентное содержание кокса в сухой пробе:
в (100–3,30) г сухой пробы содержится 53,01 г кокса, в 100 г – х г:
с
К .
10001,53
30,3100
%83,54
3. Вычисляют содержание летучих веществ в пересчете на горючую массу: в (100 – 3,30 – 4,16) г горючей массы содержится 39,53 г
летучих, в 100 г – х г:
V
Г
10053,39
)16,430,3(100
%72,42
.
Пример 3. Для определения общего содержания серы по методу
Эшка взята воздушно-сухая навеска донецкого угля 0,9850 г. После
соответствующей обработки получено 0,9106 г BaSO4. Влага аналитическая составляет 1,20 %. Вычислить процентное содержание серы
в исходном образце и сухой пробе.
Решение. 1. Определяют, сколько граммов серы содержится
в осадке (столько же содержится и в навеске угля):
BaSO4 – S,
0,9850 г – х г:
1906,0
х
BaSO
S
4
.1374,01906,0
г
2. Рассчитывают процентное содержание серы в исходном образце:
в 0,9850 г пробы содержится 0,19060,1374 г S, в 100 г – х г S:
а
S
9850,0
1001374,01906,0
%.66,2
3. Вычисляют процентное содержание серы в сухой пробе:
в (100–1,20) г сухой пробы содержится 2,66 г S, в 100 г – х г S:
с
S
10066,2
20,1100
%.69,2
48
Пример 4. Осадок сульфата бария промыли 200 мл промывной
500
10
8
5
2
2
1000
жидкости (2 мл 4 н. раствора H2SO4 разбавили водой до 500 мл).
Сколько миллиграммов осадка будет потеряно при промывании?
Решение. 1. Определяют молярную концентрацию раствора серной кислоты после разбавления:
22
./008,0
SOH
42
лмольМ
2. Вычисляют растворимость сульфата бария в 0,008 М H2SO4.
Принимают растворимость BaSO4 за х моль/л, тогда [Ba2+] = х г-ион/л,
а [SO
2–
] будет равна [SO
4
из H2SO4=0,008 г-ион/л, а [SO
[Ba2+][SO
Так как [SO
2–
]=
4
ПР , х(х+0,008) = 9,910
BaSO
4
2–
] из BaSO4 мала, то в приближенных расчетах
4
2–
] из BaSO4 + [SO
4
2–
]
4
= (х + 0,008) г-ион/л,
общ
–11
.
2–
] из H2SO4: [SO
4
2–
]
4
ею пренебрегают. Тогда
11
109,9
х0,008 = 9,910
-11
, ./102,1
3
8
лмольх
3. Вычисляют растворимость BaSO4 в 200 мл 0,008 М H2SO4:
38
10233102,1
4
.0006,0 ,106,5
мгилиу
Пример 5. Навеску донецкого угля 0,1980 г сжигали в токе кис-
лорода, а образовавшиеся при этом SO2 и SO3 поглощали 1,5%-м раствором перекиси водорода. На титрование образовавшейся серной
кислоты израсходовано 22, 50 мл 0,01 н. КОН (К
= 1,240). Опреде-
КОН
лить процентное содержание горючей серы в воздушно-сухой и сухой
пробах, если аналитическая влага равна 3,20 %.
Решение. 1. Записывают уравнения основных реакций и определяют грамм-эквивалент серы:
S
+ О2 = SO2;
орг
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2;
SO2 + H2O = H2SO4;
H2SO4 + 2KOH = K2SO4 + 2H2O;
ЭS =
2. Рассчитывают Т
КОН/S
атомг
(сколько граммов серы эквивалентно
06,32
.03,16
г
КОН, содержащейся в 1,00 мл раствора):
03,16234,101,0
Т
/
SКОН
.
49
3. Вычисляют, сколько граммов серы эквивалентно КОН, со-
1000
держащейся в 22,50 мл раствора (столько же граммов серы содержится в навеске угля):
50,2203,16240,101,0
.
4. Вычисляют процентное содержание серы в воздушно-сухой
пробе:
а
S
1980,01000
10050,2203,16240,101,0
%.26,2
5. Рассчитывают процентное содержание серы в сухой пробе:
в (100–3,20) г сухой пробы содержится 2,26 г S, в 100 г – х г S:
10026,2
сSх
20,3100
%.33,2
Задачи и упражнения
1. Проба воздушно-сухого терсинского антрацита содержит
примерно 3 % влаги. Какую навеску образца надо взять для определения влаги методом высушивания?
2. Угли Подмосковного бассейна содержат до 30 % влаги в образце. Рассчитать навеску угля для определения в нем влаги по методу Дина – Старка, чтобы собрать не менее 15 мл воды.
3. Проба каменного угля Донецкого бассейна содержит примерно 5 % серы. Рассчитать навеску пробы для определения серы методом Эшка.
4. Рабочая проба подмосковного угля содержит 32 % влаги
и приблизительно 4 % серы в пересчете на сухое вещество. Рассчитать навеску пробы для определения серы по методу Эшка.
5. Рассчитать навеску угля, содержащего около 8 % серы, которую следует взять для определения серы методом сжигания. На титрование образовавшейся серной кислоты должно быть израсходовано
около 20 мл 0,01 н. NaOH.
6. Уральский уголь содержит до 6 % серы. Рассчитать навеску
пробы для определения серы методом сжигания, чтобы на титрование
образовавшейся серной кислоты было израсходовано около 10 мл
раствора КОН (Т
= 0,0005611 г/мл).
КОН
7. Уральский уголь марки Б содержит до 20 % общей влаги
и до 1,5 % серы (в пересчете на сухую пробу). Рассчитать навеску
пробы для определения серы методом сжигания, чтобы на титрование
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]