Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы технологии неорганических материалов. Лабораторный практикум
.pdf
m5
m9
Температура,
0
С
г
CuSO 5H O
4 2
100г
H O
2
CuSO4·5H2O,
% масс
г
CuSO
4
100г
H O
2
0
23.3
20.2
14.3
15
30.2
25.3
19.3
25
34.9
29.2
22.3
30
39.9
31.6
25.5
40
46.2
35.5
28.5
50
52.6
39.2
33.6
60
61.1
43.8
39.1
70
71.6
49.0
45.8
80
83.8
54.4
53.6
90
98.2
60.0
62.8
100
115.0
66.0
75.4
Рисунок 4.1. Принципиальная схема перекристаллизации
медного купороса
Таблица 4.3
Растворимость медного купороса в воде при различной температуре
61
Пользуясь данными таблицы 4.3 и ниже приведенной формулой,
Наименование параметра
Значение параметра
Концентрация CuSO4 в исходном растворе, %
35
Температура растворения, Т
нач
, 0С = Т
насыщ
, оС
80 – 85
Время растворения, мин
15
Температура кристаллизации, Т
кон
, 0С
20 – 22
Время кристаллизации, τ, час
4
Скорость охлаждения, мин
0,9
рН исходного раствора
4
Количество промывной воды, г
H O
г
2
CuSO4
0,2
можно рассчитать теоретический выход продукта медного купороса:
где С
и С1м – содержание сульфата меди в исходном и маточном
1исх
растворах.
Оборудование и материалы
Термостат, рН-метр, двухлопастная мешалка (d=10 см), вакуумный насос, воронка Бюхнера, аналитические весы, сушильный
шкаф.
Задание
Для оценки возможностей метода перекристаллизации на лабораторной установке воспроизводят процесс при параметрах кристаллизации, указанных в таблице 4.4.
Таблица 4.4
Параметры кристаллизации
В стеклянной круглодонной колбе вместимостью 250 мл, снабженной мешалкой и помещенной в термостат, готовят насыщенный
раствор медного купороса при Т
ждают систему со скоростью 0,9 оС/мин до температуры кристаллизации Т
. По истечении времени кристаллизации суспензию
кон
расфильтровывают на воронке Бюхнера под вакуумом. Эксперимент ведут как без промывки, так и с промывкой кристаллов суль-
(см. таблицу 4.4). Затем охла-
насыщ
62
фата меди дистиллированной водой. Непромытые и промытые кристаллы, маточный раствор, промывные воды анализируют на содержание основного вещества, ионов Fe2+ и Fe3+, Fe
по методикам,
общ
приведенным ниже.
1. Определение массовой доли CuSO4·5H2O в кристаллах и
растворах сульфата меди
Реактивы:
- кислота серная “хч”, раствор 20 %;
- дистиллированная вода;
- йодид калия “хч”, кристаллы;
- тиосульфат натрия, 0.1 N стандартный раствор;
- крахмал, раствор 1 %.
Точно взятую навеску образца (≈ 0,1 г) растворяют в 10 мл дистиллированной воды (для анализа маточника берут 1 мл раствора).
К полученному раствору добавляют 2 мл 20 %-ного раствора серной кислоты и примерно 1 г кристаллического KI, тщательно перемешивают – раствор приобретает бурую окраску. Выделившийся
йод титруют 0.1 N раствором тиосульфата натрия до слабо-желтой
окраски раствора, затем добавляют 1 мл 1 %-ного раствора крахмала и продолжают титрование до исчезновения синего окрашивания. Одновременно проводят холостой опыт без анализируемого
вещества. Далее рассчитывают содержание CuSO4·5H2O.
2. Методика определения ионов Fe2+ в кристаллах и раство-
рах сульфата меди
Реактивы:
- кислота серная “хч”, 2 N раствор;
- дистиллированная вода;
- кислота фосфорная “хч”, 6 N раствор;
- перманганат калия, 0.05 N стандартный раствор.
Точно взятую навеску исследуемого образца (≈ 0,5 г.) растворяют в 20 мл дистиллированной воды (в случае исследуемого раствора – 1 мл), подкисляют 5 мл 2 н. раствором серной кислоты.
К анализируемому раствору добавляют 5-10 мл 6 н. раствора фосфорной кислоты и титруют 0,05 н. раствором перманганата калия
до перехода окраски из голубой в розовую. Одновременно проводят
титрование нулевого раствора, используя перечисленные реагенты,
кроме анализируемого вещества. Рассчитывают количество железа
в сульфате меди.
63
3. Анализ маточных растворов на содержание ионов Fe3+
Реактивы:
- аммиак водный, раствор 1:1;
- дистиллированная вода;
- кислота сульфосалициловая, раствор 10 %.
На анализ берут 1 мл раствора, переносят в мерную колбу на
50 мл, доводят объем раствора до 20 мл и по индикаторной бумаге
контролируют рН раствора, который соответствует 2-3-м. Если он
ниже, то аммиаком (1:1) доводят до нужного значения. Затем приливают 5 мл 10 %-ного раствора сульфосалициловой кислоты, доводят объем раствора водой до метки и фотометрируют при 505 нм,
используя в качестве раствора сравнения раствор, не содержащий
железа. Снимают значение поглощения и по калибровочному графику находят содержание железа в маточном растворе.
4. Анализ кристаллов на содержание ионов Fe
3+
Точную навеску (≈0,1 г) помещают в мерную колбу на 50 мл и
далее проводят определение, как указано выше. По градуировочному графику (рис. 4.2) находят точное содержание железа (III) в
образце.
Рисунок 4.2. Зависимость оптической плотности от концентрации
железа (III) в растворе сульфата меди при 505 нм
64
5. Определение железа общего по ГОСТ 10555-75 в кристал-
лах сульфата меди
Реактивы:
– аммиак водный 10 %;
– аммоний хлористый без железа;
– дистиллированная вода;
– кислота азотная “хч”, раствор 25 %;
– кислота соляная “хч”, раствор 25 %;
– жидкость промывная.
В коническую колбу помещают 5 г хлористого аммония и растворяют в 90 мл дистиллированной воды, прибавляют 10 мл раствора аммиака и перемешивают.
Рисунок 4.3. Зависимость оптической плотности растворов
от концентрации железа общего в растворе сульфата меди
Помещают в стакан 0,5000 г анализируемого вещества, растворяют в 20-25 мл дистиллированной воды, прибавляют 1 мл раствора
азотной кислоты, нагревают до кипения и кипятят 1-2 минуты. К горя-
чему раствору прибавляют 2 г хлористого аммония и по каплям при
65
перемешивании – раствора аммиака до полного растворения, выпав-
№
ре-
аге-
нта
Приход
Коли-
чество,
г
№
ре-
аге-
нта
Расход
Коли-
чество,
г
1
Медный купорос,
в т.ч. CuSO4
Fe
общ Fe2+ Fe3+
1.
т.ч. CuSO4
Fe
общ Fe2+ Fe3+
2
Вода
в т.ч. Fe
общ
Fe
2+ Fe3+
2.
Маточный раствор
в т.ч. CuSO4
Fe
общ Fe2+ Fe3+
H2O
3
Итого:
в т.ч. CuSO4
Fe
общ Fe2+ Fe3+
3.
Итого:
в т.ч. CuSO4
Fe
общ Fe2+ Fe3+
шего вначале осадка. Раствор снова нагревают до кипения, после чего
оставляют для коагуляции выпавшего после нагревания осадка гидроокиси железа. Через 1 час раствор фильтруют через обеззоленный
фильтр “белая лента”. Осадок на фильтре промывают промывной жидкостью до исчезновения окраски фильтра, а затем еще 2–3 раза горячей
водой. Фильтрат и промывные воды отбрасывают.
Промытый осадок растворяют на фильтре 2 мл горячего раствора
соляной кислоты, прибавляя по каплям, затем фильтр тщательно промывают 20-25 мл дистиллированной воды. Фильтрат и промывные
воды собирают и в полученном растворе определяют массу железа.
Определение проводят фотометрическим способом на фотоколориметре любого типа при длине волны 425 нм. В качестве раствора сравнения используют раствор, не содержащий железа. Для определения
концентрации железа в анализируемом растворе используют градуировочный (калибровочный) график. Снимают значение оптической
плотности поглощения и по калибровочному графику (рис. 4.3) находят содержание железа в анализируемом растворе.
Содержание отчета
Результаты эксперимента представить в виде таблицы материального баланса (табл. 4.5).
Таблица 4.5
Материальный баланс процесса перекристаллизации
66
Контрольные вопросы
1. В чем заключается политермическая кристаллизация?
2. Как влияет природа примеси на степень чистоты кристаллов?
3. В чем заключается особенность очистки медного купороса от
примеси железа?
4. Используя какие приемы можно добиться повышения чи-
стоты продукта?
Указания по технике безопасности:
См. лабораторную работу 1.
Рекомендуемая литература: 3, 5, 6, 7.
67
5. ВЫДЕЛЕНИЕ ХЛОРИДА КАЛИЯ ИЗ СИЛЬВИНИТА
Цель работы – получение хлорида калия с наибольшим выходом с учетом воспроизведения определенного заданного цикла технологических операций.
В результате выполнения лабораторной работы студенты
должны:
знать:
- методы разделения солей;
- суть метода политермической кристаллизации;
- основные технологические операции получения хлорида калия;
уметь:
- определять процентное соотношение хлорида калия в осадке;
- определять процентное соотношение хлорида калия в филь-
трате;
- объяснять влияние температуры, концентрации ионов Н+ и
ОН-, одноименных ионов на смещение равновесия гидролиза;
владеть:
- навыками проведения процессов растворения и выщелачива-
ния сильвинита (или искусственной смеси хлорида калия и хлорида
натрия).
- навыками проведения горячего фильтрования;
- навыками взвешивания на аналитических весах.
Теоретическая часть
В природных условиях, в большинстве случаев, индивидуальные соли не встречаются. Наиболее часто встречаются смеси солей
друг с другом или с минералами. Отделение солей друг от друга
осуществляется растворением их в воде с последующим фильтрованием и кристаллизацией. Дальнейшая очистка солей проводится
путем дробной кристаллизации.
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 выде-
68
ление первой соли можно осуществить охлаждением раствора со-
Температура, oС
Состав осадка
Количество граммов соли на
NaCl
KCI
25 КСl NaCl
KCl+NaCl
−
35,63
29,38
26,96
- 16,28
50
КСl NaCl
КС1 +NaCI
−
36,50
29,09
43,12
- 22,03
75
КСl NaCl
KCl+NaCl
−
37,75
49,70
- 29,06
лей, приготовленного при повышенной температуре. Этим методом
проводят выделение хлорида калия из сильвинита.
При кристаллизации соли учитывают самые разнообразные
факторы: скорость кристаллизации, температуру, степень очистки
солей от примесей, использование теплоты, получаемой при охлаждении растворов, и т. д.
Хлорид калия получают из сильвинита KCl ·NaCl. Разделение
хлоридов калия и натрия основано на их различной растворимости.
Поскольку растворимость хлорида калия в отличие от растворимости хлорида натрия резко возрастает с температурой, отделение
хлорида калия можно провести охлаждением горячего насыщенного раствора смеси солей, из которых и будет выделяться хлорид
калия. Оптимальные условия переработки сильвинита можно установить исходя из данных по растворимости в системе NaCl − КС1 −
Н2О. В таблице 5.1 приведены растворимости чистых солей (NaCl и
KCl), а также состав раствора, находящегося в состоянии равновесия со смесью хлоридов калия и натрия.
Сильвинит разделяют путем растворения его при повышенной
температуре и кристаллизации KCI при охлаждении раствора. Растворителем служит горячий раствор (щелок), насыщенный хлоридом натрия и ненасыщенный хлоридом калия. В результате содержащийся в сильвините хлорид калия переходит в раствор, а в осадке
остается хлорид натрия. При охлаждении из полученного раствора
выделяется хлорид калия. При последующем нагревании оставшегося раствора он становится снова ненасыщенным относительно
хлорида калия и цикл повторяется.
Таблица 5.1
Растворимость в системе NaCl − КС1 − Н2О
69
27,87
100
KCI
NaCl KCI+NaCl
−
39,40
27,39
56,2
- 35,16
Принципиальная схема получения хлорида калия из сильвини-
товых руд по методу растворения и кристаллизации состоит из следующих основных операций:
1) выщелачивание измельченного сильвинита горячим маточ-
ным раствором, полученным после кристаллизации KCI;
2) отделение горячего щелока от отвала (NaCl) и осветление его;
3) кристаллизация KCI охлаждением щелока;
4) отделение от маточного раствора кристаллов KCI и сушка их;
5) нагревание маточного раствора и возвращение его на выще-
лачивание KCI из новых порций сильвинита.
Необходимый цикл операций устанавливают теоретическим и
экспериментальным путем. Расчетным путем выбирают наиболее
эффективный цикл операций, при котором получается наибольший
выход солей при наименьших затратах, а затем проверяют полученные результаты практически. В данной работе воспроизводится
определенный заданный цикл операций с целью получения
наибольшего выхода хлорида калия.
Оборудование и материалы
Штатив с пробирками. Секундомер. Водяная баня (с крышкой
о
имеющей отверстия для пробирок) – 2 шт. Термометр на 50
С.
Стеклянная палочка. Пипетки капельные. Фильтровальная бумага.
Шпатель. Реактивы.
Задание
Растворение сильвинита проводится в стакане, снабженном
стеклянной мешалкой и термометром (При отсутствии мешалки
растворение сильвинита можно вести при перемешивании раствора
стеклянной палочкой). Выщелачивание сильвинита (или искусственной смеси хлорида калия и хлорида натрия) проводится щелоком. Для чего готовят 150 г раствора с содержанием 12,5 % KCI и
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]