Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Технология неорганических веществ: Сборник лабораторных работ

Голосов: 1

В сборник включены лабораторные работы по курсу "Технология неорганических веществ". В пособии приведено описание работ технологического характера: процессы производства некоторых видов минеральных удобрений, порядок выполнения работ, методы расчета и аналитического контроля процесса. Сборник предназначен для студентов специальностей "Технология неорганических веществ" и "Химия". Подготовлен на кафедре химии и экологии НовГУ.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
                       х Р2О5 = [(g1 – g2) · 0.638 · 250/g V] · 100,
     где g1 и g2 – массы осадков анализируемого вещества и в холостом
опыте, г; 0.638 – коэффициент пересчета с Мg2Р2О7 на Р2О5; g – навеска
анализируемого вещества, г; V – объем раствора, взятого для анализа, см3.

     Определение усвоямой Р2О5

      Навеску суперфосфата растирают в ступке, обливают 25 см3 воды и снова
растирают. Жидкость фильтруют через плотный фильтр в мерную колбу на 250
см3, в которую предварительно наливают 5-6 см3 НСl (плотностью 1.19).
Остаток в ступке еще 2-3 раза растирают с водой, декантируют жидкость на
фильтр, пока не наберется 200 см3 фильтрата. Жидкость в колбе доводят водой
до метки и перемешивают (колба №1).
      Фильтр с осадком переносят в мерную колбу на 250 см3 (колба №2),
приливают 100 см3 стандартного аммиачного раствора цитрата аммония. Колбу
закрывают пробкой и встряхивают до распадения фильтра на мелкие части.
Затем колбу ставят в водяной термостат, где выдерживают в течение 15 мин
при 600С, далее содержимое колбы перемешивают, выдерживая колбу в
термостате еще 15 мин, после чего охлаждают, доводят водой до метки,
перемешивают и фильтруют через сухой фильтр в плоскодонную колбу (колба
№3), отбрасывая первые мутные порции фильтрата.
      Для определения усвояемой Р2О5 из колб №1 и №3 отбирают пипеткой по
50 см3 раствора и переносят в стакан. Далее анализ ведут как и при
определении общей Р2О5.. При осаждении фосфата магния добавляют 8-10 см3
50% раствора цитрата аммония, 25-30 см3 магнезиальной смеси и 20 см3 10%
NН4ОН.
      Содержание хР2О5 (в %) рассчитывают по формуле
                  хР2О5 = (0.6379 · а/m · 100) · 100 = 319 а/m,
     где 0.6379 – коэффициент для пересчета Мg2Р2О7 на Р2О5; а – масса
прокаленного остатка Мg2Р2О7; m – навеска суперфосфата.

      1.3.2.4 Расчет показателей процесса по результатам анализа
      Выход суперфосфата – это число, показывающее, сколько массовых
частей суперфосфата получается из одной массовой части исходного
природного фосфата. В производственных условиях он обычно выражается
отношение содержания общей Р2О5 в исходном сырье и в суперфосфате. В
лабораторных условиях выход суперфосфата В определяют как отношение
массы полученного продукта Gсупер к массе фосфата Gфосф.
                               В = Gсупер/ Gфосф.
     Если выход или масса суперфосфата известны и известна также
концентрация общей Р2О5 в фосфате, то определять аналитически содержание
общей Р2О5 в продукте не нужно, так как все количество Р2О5, содержащейся в
фосфате, переходит в суперфосфат.
                                       11


     Отсюда, общее содержание Р2О5 в суперфосфате вычисляют как
отношение содержания общей Р2О5 в фосфате к выходу суперфосфата:
                     [Р2О5(общ. суперф.) = Р2О5 (общ.фосф.) /В].
     Коэффициент или степень разложения сырья η – это отношение
аналитически определяемых значений усвояемой части Р2О5 к общему
содержанию Р2О5 (в %):
                       η = (Р2О5 (усв.) / Р2О5 (общ) ) · 100

     1.3.3 Разложение фосфата фосфорной кислотой
     Необходимую норму кислоты рассчитывают исходя из состава исходного
сырья и концентрации фосфорной кислоты по уравнению реакции
                  Са5F(РО4)3 + 7Н3РО4 = 5Са (Н2РО4)2 + НF
     На 1.5 масс. ч. Р2О5 апатита требуется 3.5 масс. ч. Р2О5 фосфорной
кислоты, или на 1 масс. ч. Р2О5 апатита требуется 3.5/1.5+ 2.33 масс. ч Р2О5
фосфорной кислоты. Следовательно, норму фосфорной кислоты А,
необходимую для разложения g масс. ч. апатита, можно определить по формуле
                    А = 2.33 · СР2О5(апат.) · g/СР2О5(ф.к.),
      где СР2О5(апат.) – содержание Р2О5 в апатите,
          СР2О5(ф.к.) – содержание Р2О5 в фосфорной кислоте, %
          g – навеска апатита, г.
      Практически норму фосфорной кислоты берут с избытком 1-10%.
      Для получения двойного суперфосфата рассчитанное и взвешенное
количество фосфорной кислоты заданной концентрации (в пределах 50-54%)
заливают в фарфоровый стакан емкостью 0.5 дм3, при интенсивном
перемешивании стеклянной палочкой всыпают в нее навеску апатита (25-50г).
Апатит засыпают медленно тонкой струйкой в течение 1.5-2мин и затем
продолжают перемешивать еще 3-5 мин при 60-700С, (стакан устанавливают в
водяной бане). Затем стакан с реакционной массой переносят в термостат, где
выдерживают его в течение 1-1.5 ч при 950С. В этот период происходит
созревание двойного суперфосфата. По истечении этого времени стакан
вынимают из термостата, охлаждают, взвешивают и отбирают пробы продукта
на анализ через определенные промежутки времени (сразу, через сутки, двое
суток). В пробах производят определение содержания водорастворимой части
Р2О5 и по имеющимся данным рассчитывают коэффициент разложения
фосфата. Содержание водорастворимой Р2О5 в двойном суперфосфате
определяют трилонометрическим методом по содержанию в растворе СаО и
свободной Н3РО4.




                                         12


      1.3.3.1 Трилонометрическмй метод анализа двойного суперфосфата
      Для раздельного определения Р2О5, связанной с ионами кальция и
свободной фосфорной кислотой, применяется трилонометрический метод
анализа двойного суперфосфата, основанный на определении в растворе (в
водной вытяжке из суперфосфата) ионов кальция при помощи титрованного
раствора трилона Б. Трилон Б - комплексное соединение, представляющее
собой натриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты. По этому способу
определяется водорастворимая форма Р2О5, связанная с ионами кальция в виде
Са (Н2РО4)2. Свободная фосфорная кислота определяется в той же водной
вытяжке титрованием 0.1 н. NаОН в присутствии метилоранжа.
      Навеску суперфосфата 2.5 г помещают в колбу вместимостью 250см3,
добавляют 100см3 воды и встряхивают 30 мин, затем фильтруют через
бумажный фильтр в мерную колбу на 250см3 и промывными водами
(оставшимися после промывки конической колбы, содержавшей исходный
раствор, и осадка на фильтре) доводят объем до метки.
      Анализируемый раствор наливают в бюретку и титруют им 0.1н. раствор
трилона Б.
      Для этого 4-5 см3 титрованного раствора трилона Б наливают в
коническую колбу, добавляют 70-80 см3 дистиллированной воды, 10см3
щелочной буферной смеси и 0.5см3 индикатора кислотного хрома синего и
медленно титруют анализируемым раствором, энергично встряхивая после
добавления каждой капли до перехода окраски из фиолетовой в малиновую.
Для каждого анализа титруют три параллельные пробы, причем первое
титрование является ориентировочным, при котором грубо определяется объем
анализируемого раствора, требуемый для изменения окраски индикатора.
      Содержание СаО в растворе (в %) рассчитывается по формуле
                    СсаО = mv 0.0028 · 250 · 100/v1g,
       v – объем 0.1н. трилона Б, взятый для анализа, см3;
       m – поправочный коэффициент к титру 0.1н. раствора трилона Б;
       v1 – объем анализируемого раствора, израсходованный на титрование, см3
       g – навеска двойного суперфосфата, г;
       0.0028 – количество СаО, эквивалентное содержанию трилона Б в 1 см3
0.1н. раствора, г.
       Полученные результаты пересчитывают на содержание в растворе
Р2О5(масс.%), связанной с СаО, по формуле
                        СР2О5 = СсаО 142/56,
     где СсаО – содержание СаО в растворе, масс.%.
     Содержание свободной фосфорной кислоты определяют титрованием
     3
100см той же водной вытяжки из двойного суперфосфата (что и для
трилонометрического определения СаО) 0.1н. NаОН в присутствии
метилоранжа. Расчет производят по формуле
                СР2О5 = 0.0071 m v 250 100 /100g = m 1.775 v/ g

                                       13


     где 0.0071 – количество Р2О5, эквивалентное 1см3 0.1н. NаОН, г;
          m – поправочный коэффициент к титру 0.1н.NаОН;
         v – объем 0.1н.NаОН, израсходованный на титрование, см3;
         g – навеска двойного суперфосфата, г;

     1.3.3.2 Фотоколориметрический метод определения Р2О5
     Общее содержание Р2О5 в фосфатном сырье и фосфорных удобрениях
определяют на фотоколориметре. Метод основан на восстановлении фосфорно-
молибденового комплекса метолом в присутствии дисульфита натрия до
соединения    МоО2·4МоО3·Ме3РО4, имеющего интенсивно синий цвет, и
измерении светопоглощения полученных растворов. Метод применим для
анализа образцов, содержащих н/б 25%Р2О5.

     1.3.3.2.1 Метод определения Р2О5 по синему фосфорно-молибденовому
комплексу

     Реактивы

      Стандартный раствор фосфата калия
      Навеску 1.9175 г КН2РО4 растворяют в воде в мерной колбе
вместимостью 1дм3, прибавляют 10см3 серной кислоты(d=1.84г8см3), доводят
до метки водой и перемешивают, 1см3 этого раствора содержит 1 мг Р2О5
(раствор А). Переносят 50 см3 раствора А в мерную колбу вместимостью 1 дм3,
доводят объем раствора водой до метки и перемешивают, 1см3 этого раствора
содержит 0.05 мг Р2О5 (раствор Б).
      Раствор восстановителя
      В 100см3 воды растворяют 10 г Nа2SО3*7Н2О, добавляют 2 г метола и
после его растворения вводят 600 см3 типового раствора Nа2S2О5,
содержащего20-25% SО2 или 150г сухого Nа2S2О5, переносят в мерную колбу
вместимостью 1дм3, доводят объем раствора водой до метки, перемешивают и
фильтруют.
      Раствор молибдата аммония
      В 500 см3 10н. Н2SО4 растворяют 50 г (NН4)6Мо7О24*4Н2О. Переносят
раствор в мерную колбу вместимостью 1 дм3, доводят объем раствора до метки
водой, перемешивают и фильтруют.
      Раствор ацетата натрия
      В 2 дм3 воды растворяют 600г СН3СООNа*3Н2О и фильтруют.

     Ход определения

     Для приготовления анализируемого раствора из фосфатного сырья
навеску апатита (0.3-0.5г) смачивают водой в стакане или конической колбе
вместимостью 250 см3 и вливают смесь, содержащую 10см3 азотной кислоты
(d = 1.2-1.4г/см3) и 50см3 20% соляной кислоты (d = 1.19г/см3). Стакан
накрывают часовым стеклом, и смесь вначале медленно нагревают, а затем
                                     14


кипятят 30 мин, перемешивая стеклянной палочкой. После охлаждения раствор
с осадком переносят в мерную колбу вместимостью 250 см3, и фильтруют
(фильтр «белая лента»), отбрасывая первые порции фильтрата. Определенный
объем фильтрата V, содержащий 0.75-1.75 см3 Р2О5, переносят в мерную колбу
вместимостью 100 см3 и доводят объем раствора водой до 50см3.
      В мерную колбу вместимостью 100 см3, содержащую отмеренный объем
анализируемого раствора и 50см3 воды добавляют 5 см3 восстановителя и 10 см3
раствора молибдата аммония и оставляют стоять 10 мин. Затем прибавляют 20
см3 раствора ацетата натрия, доводят объем раствора водой до метки и
перемешивают. На ФЭК замеряют оптическую плотность этого раствора в тех
же условиях, что и для стандартных (толщина слоя в кювете 10 мм, зеленый
светофильтр), и по калибровочному графику находят соответствующее
значение СР2О5
      Расчет производят по формуле
                      СР2О5 = GР2О5 · 250 · 100/vg1000                  (1)
      СР2О5 – содержание Р2О5 в анализируемом образце;
      GР2О5 – количество Р2О5, полученное по калибровочному графику, мг;
      g – навеска анализируемого образца, г;
      V – объем анализируемого раствора, см3.

     Построение калибровочного графика

      Готовят серию стандартных растворов, содержащих 0.25-2.25 мг Р2О5 в
100 см3 раствора .В мерные колбы вместимостью 100 см3 бюреткой вводят 5,
10, 15, 25, 30, 35, 40 и 45см3 типового раствора Б, что соответствует 0.25, 0.5,
0.75, 1.0, 1,25, 1,5, 1,75,2.-,2,25 мг Р2О5 . В каждую колбу добавляют 5см3
восстановителя, 10см3 раствора молибдата аммония и оставляют стоять 10мин.
Затем прибавляют по 20см3 раствора ацетата калия, доводят объем раствора
водой до метки и перемешивают. Измеряют оптические плотности каждого из
стандартных растворов относительно воды на ФЭК, в кюветах с толщиной
поглощающего слоя 10 мм при зеленом светофильтре. По полученным данным
строят калибровочную кривую, откладывая на оси абсцисс содержания Р2О5, а
на оси ординат – соответствующее значение оптической плотности.
      Для анализа фосфорных удобрений, содержащих более 25% Р2О5
(двойной           суперфосфат),          применяют         дифференциальный
фотоколориметрический         метод    определения фосфора       по желтому
фосфорнованадиевомолибденовому комплексу.

     1.3.3.2.2 Дифференциальный метод определения Р2О5
     Данный метод определения Р2О5 в двойном суперфосфате основан на
измерении светопропускания (оптической плотности) раствора желтого
фосфорнованадиевомолибденового      комплекса     относительно раствора
сравнения, содержащего известное количество Р2О5.


                                       15


     Реактивы

       Метаванадат аммония ,0.25% раствор
       Навеску NН4VО3 2.5г переносят в мерную колбу вместимостью 1дм3,
растворяют в 500см3 горячей воды, приливают 20см3 азотной кислоты (d =1.4
г/см3), доводят объем до метки водой и фильтруют.
       Молибдат аммония, 5%раствор
        Навеску (NН4)6Мо7О24 25г растворяют в мерной колбе вместимостью 1
дм3 в 500 см3 горячей воды, доводят объем раствора водой до метки и
фильтруют.
       Реактив на фосфаты:
       Смешивают равные объемы растворов азотной кислоты (1:2),
метаванадата аммония и молибдата аммония.

      Построение калибровочного графика
      Для построения калибровочного графика в шесть мерных колб
вместимостью 100 см3 вводят микробюреткой 1,2,3,4,5 и 6 см3 стандартного
раствора фосфата калия (типовой раствор А), что соответствует 1,2,3,4,5 и 6 мг
Р2О5. Объем раствора в каждой колбе доводят водой до20 см3 , добавляют 30
см3 реактива на фосфаты, доводят объем раствора водой до метки и через 5мин
измеряют оптическую плотность этих растворов относительно раствора
сравнения, содержащего 1 мг Р2О5. На ФЭК измерения производят при длине
волны поглощаемого света λ= 45 мкм, в кюветах с толщиной поглощающего
слоя 10 мм и со светофильтром №4. В левый кюветодержатель помещают
кювету с раствором сравнения, а в правый – кювету с очередным стандартным
раствором. По полученным данным строят калибровочный график, откладывая
по оси абсцисс содержание Р2О5 , а по оси ординат – оптическую плотность
растворов.
      Таким же путем определяют оптическую плотность анализируемого
раствора двойного суперфосфата и определяют содержание Р2О5, пользуясь
калибровочным графиком, по формуле (1).




                                      16


                       Содержание отчета о работе

    Отчет о работе должен быть оформлен грамотно, аккуратно и в срок.
    Данные работы представляют в виде таблиц.

    Таблица №1. Состав и характеристика полученного суперфосфата

    Время Р2О5 (общ)   Р2О5 (усв)   Н2О, %     Выход,   Коэффициент
    отбора   %            %                      %      разложения,
    пробы                                                    %



                   Таблица №2. Исходные вещества

Состав фосфорной кислоты,%                   Состав фосфата,%   Норма
                                      +
  Р2О5      R2О3        F            Н         СаО       Р2О5   серной
                                               R2О3        F    кислоты




                                     17


 2 ПОЛУЧЕНИЕ НИТРАТА КАЛИЯ ИЗ ХЛОРИДА КАЛИЯ И НИТРАТА
                       НАТРИЯ

      2.1 Цель работы

     На основе анализа диаграммы растворимости взаимной системы солей
получить методом обменного разложения нитрат калия и вычислить выход
продукта.

      2.2 Основные теоретические положения

     Обменное разложение хлорида калия и нитрата натрия – один из
наиболее распространенных способов получения нитрата калия. Квадратная
диаграмма растворимости (рис. 2.1) в системе NаNО3 – КСl – Н2О построена по
данным приведенным в таблице 2.1.
          Таблица 2.1. Растворимость в системе NаNО3 – КСl – Н2О
Точка Твердая фаза                      Жидкая фаза                m моль
                               доли ионов в сухом остатке          на 1 моль
                       Nа+      К+            NО3–      Сl–        суммы
                                                                   солей
                                                  0
                                Температура 100 С
       NаСl + КСl       0.497       0.503          –         1        8.19
       КСl +КNО3           –           1        0.778     0.222       2.21
       NаNО3+ КNО3       0.56        0.44          1         –        1.13
       NаСl + NаNО3        1           –         0.85      0.15         –
Е1     NаСl + NаNО3      0.57        0.43       0.975     0.025       1.24
       + КNО3
Е2     NаСl + КСl +      0.38        0.62        0.80      0.20       1.81
       КNО3
                                Температура     250С
       NаСl + КСl       0.697       0.303          –         1        7.65
       КСl +КNО3           –           1        0.322     0.678       8.00
       NаNО3+ КNО3 0.722            0.278          1         –        3.38
       NаСl + NаNО3        1           –        0.628     0.372       5.13
       NаСl + NаNО3 0.739           0.261       0.739     0.261       3.55
       + КNО3
       NаСl + КСl +      0.64        0.36        0.36      0.64       5.82
       КNО3




                                     18


 Рис. 2.1. Изотерма растворимости в системе NaNO3–KCl–Н2О при 100 и 25 СС

       При 250С после кристаллизации КNО3 занимает большую часть площади
квадрата, чем при 1000С. Если приготовить раствор эквимолекулярной смеси
КСl и NаNО3, то фигуративная точка а солевой массы такого раствора, лежащая
на пересечении диагоналей квадрата, при 250С окажется в поле кристаллизации
КNО3. При испарении из этого раствора воды при 250С по достижении
насыщения начинается кристаллизация КNО3 и состав солевой массы раствора
изменяется по линии аЕ2(250С). В точке Е2(250С) кристаллизацию необходимо
прекратить, так как в ней раствор окажется насыщенным как NаСl, так и КСl.
Такой путь получения КNО3 нерационален, поскольку:
       –    испарение при 250С идет весьма медленно;
       –    количество КNО3, кристаллизующееся на участке аЕ2(250С) луча
кристаллизации сЕ2(250С), мало; следовательно, и выход продукта по отношению
к затраченным исходным материалам будет мал.
        Рациональнее вести выпарку при высоких температурах. Точка а при
1000С находится в поле кристаллизации NаСl. Поэтому, если выпаривать воду
при 1000С, по достижении насыщения начнется кристаллизация NаСl, и состав
солевой массы раствора изменяется по линии аb. Если выпавшие к этому
моменту кристаллы NаСl отделить и затем охладить раствор до 250С, то точка b
окажется в поле кристаллизации КNО3; эта соль и начнет выделяться в осадок
при охлаждении, причем состав солевой массы раствора меняется по линии
bЕ2(25С). Выход КNО3 здесь значительно больше, чем в первом случае, так как
bЕ2(25С)> аЕ2(25С). Чтобы увеличить количество отделяемого NаСl и в еще
большей мере повысить выход КNО3, как видно из диаграммы, следует вводить
в исходный раствор некоторый избыток NаNО3 против стехиометрического
                                     19


соотношения. Наибольший выход получается, если к концу кристаллизации
NаСl раствор насыщен тремя солями: NаСl, КСl и КNО3, т.е. солевая масса его
изображается точкой Е2 (100С). Тогда, после отделения NаСl, выпавшего при
выпарке, кристаллизация КNО3 при охлаждении раствора идет по наиболее
длинному пути Е2 (100С)d, что обеспечивает наибольший выход продукта.
Очевидно, что это достигается тогда, когда солевой состав исходного раствора
соответствует точке n.
       В промышленных условиях, при получении КNО3 из раствора NаNО3 и
твердого КСl, выпарку раствора с одновременной кристаллизацией из него
NаСl ведут не при 1000С, а при температуре кипения, которая постепенно по
мере испарения воды, повышается до 1200С. по достижении этой температуры
NаСl отделяют и раствор охлаждают для кристаллизации из него КNО3.
       При получении КNО3 из твердых NаNО3 и КСl нет необходимости
приготовлять разбавленный раствор исходных солей, а затем выпаривать его.
Можно взять количество воды, соответствующее насыщению системы в точке
Е2 (1000С), и смешать ее при 1000С с количествами NаNО3 и КСl,
соответствующие точке n. При этом NаСl сразу выделится в осадок, после
отделения которого солевая масса оставшегося раствора соответствует точке
Е2 (100С).

      2.3 Пример расчета

         Расчет ведем на 1 моль суммы солей, характеризуемой точкой Е2 (100С) для
условий максимального выхода КNО3. Состав точки (100С) в ионных долях: Nа+ –
0.38, К+ – 0.62, Сl- – 0.20, NО3 - – 0.80; насыщенный раствор содержит 1.81
смоль Н2О на 1 моль суммы солей. Обозначим: х – число молей NаСl,
кристаллизующихся на участке nЕ2 (100С), на 1 моль суммы солей состава Е2
(100С)
       ; y и z – число молей соответственно NаNО3 и КСl, взятых для обменного
разложения.
         Составляем частные уравнения материальных балансов:
         по сумме солей             y+z=1+х
                +
         по Nа                      y = х + 0.38
         по Сl-                     z = х + 0.20
         Решая эти уравнения, получим: х = 0.42, y = 0.80, z = 0.72.
         Следовательно, для получения насыщенного раствора состава Е2 (100С)
необходимо смешать при 1000С 0.80 моль NаNО3, 0.62 моль КСl и 1.81 моль
воды. При этом в осадок выпадет 0.42 моль NаСl.
         Рассчитаем количество КNО3, которое выкристаллизуется при
охлаждении раствора до 250С по отделении выпавшего осадка NаСl. Состав
солевой массы раствора в конечной точке кристаллизации d (в ионных долях):
Nа+ – 0.71, К+ – 0.29, Сl- – 0.37, NО3 - – 0.63.
         Обозначим: х – число молей КNО3, выделившегося в осадок. Тогда в
растворе в точке d останется 1–х моль солей.
         Из уравнения материального баланса по калию
                                 0.62 = х + 0.29 (1– х)
                                       20



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика