Получение гидроксида натрия каустификацией содового раствора

Для оценки эффективности возможных путей воздействия на скорость гетерогенной реакции важно знать, какая из стадий является наиболее медленной, определяющей скорость процесса в целом. Так как процесс каустификации лежит в кинетической области, то наиболее медленной стадией является химическое взаимодействие на границе разных фаз. При этом направление и скорость реакции зависит главным образом от соотношения концентраций гидроксид и карбонат ионов в растворе. /18,19/

На практике применяют 10-15 % раствор карбоната натрия, при этом достигается степень каустификации в среднем около 90 % и получают щёлок, содержащий 100 - 120 г/дм³ гидроокиси натрия. Низкая концентрация едкого натра в щёлоках - основной недостаток известкового метода. /1/

Весьма малый тепловой эффект реакции (1), а именно, 0,84 кДж показывает, что температура мало влияет на равновесную степень каустификации. Ниже приведены экспериментальные равновесные степени каустификации, полученные при постоянной концентрации исходного содового раствора и различной температуре:

температура, ⁰С8090100

степень каустификации, %97,196,896,9

Процесс каустификации ведут при температуре 90 - 100 ⁰С, что обеспечивает достаточно высокую скорость процесса и быстрое осаждение крупнокристаллического карбоната кальция. /2/

В 1882 г. был разработан и внедрён в промышленность ферритный способ получения едкого натра, также основанный на применении кальцинированной соды. Этот способ заключается в получении феррита натрия Na₂O · Fе₂О₃ и последующем его разложении водой или слабыми оборотными щёлочами. Феррит натрия образуется при спекании кальцинированной соды с окисью железа (ІІІ) при высокой температуре. Процесс спекания сопровождается реакцией 2:

Na₂CO₃ + Fe₂O₃ = Na₂ О · Fe₂О₃ + CO₂(2)

При выщелачивании спека водой образуется едкий натр и окись железа (III) по уравнению реакции 3:

Na₂O Fe₂O₃ + H₂O = 2NaOH + Fe₂O₃ (3)

В настоящее время ферритный способ практически не применяется из-за технологической сложности и больших затрат ручного труда. /1,2/

В конце Х1Х в стали быстро развиваться электрохимические методы получения гидроксидов электролизом водных растворов солей (хлорида натрия). Это наиболее простой и экономичный метод одновременного получения трех важнейших химических продуктов - хлора, водорода, гидроксида натрия с использованием доступного и дешевого сырья для получения рассола. Эти факторы объясняют быстрое развитие электрохимического производства каустической соды как основного промышленного метода его получения. Благодаря чистоте получаемых продуктов, простому и компактному аппаратурному оформлению, а также несложности, одностадийности химико-технологической системы электролиз хлорида натрия - стал основным способом производства гидроксида натрия. /14/ Первый патент на электрохимический метод производства гидроксида натрия и хлора был получен русскими учеными Н. Глуховым и Ф. Ващуком в 1879 году, а уже в 1880 году стало возможным промышленное внедрение этого способа. Электролиз раствора хлорида натрия протекает по суммарной реакции 4:

2NaCL + 2H₂O = 2NaOH + CL₂ ^ + H₂ ^ (4)

Сырьем для получения исходного рассола является каменная соль, озерная соль, природные подземные растворы хлорида натрия.

В зависимости от применяемого катода электролиз проводят тремя способами: диафрагменным (с твердым катодом), ртутным (где катод-ртуть) и мембранным (где вместо диафрагмы используется катионно- или анионообменная мембрана). Каждый из указанных способов электролитического получения щелочи и хлора отличается реакциями, протекающими на катодах.

В диафрагменном способе на твердом катоде происходит разряд ионов водорода с образованием в электролите щелочи содержащей остаточное количество хлорида натрия. В анодное пространство подается горячий очищенный рассол и отводится образующий газообразный хлор. В отечественной промышленности применяются высокогерметичные электролизеры различной конструкции: вертикальной листовой асбестовой диафрагмой; с осажденной диафрагмой; с верхним токопроводом. Наибольшее использование нашли электролизеры с вертикальной осажденной диафрагмой и нижним токоподводом. (рис. 2) /12/ В процессе электролиза образуется 99 % хлор, 99,5 % водород и электролитическая щелочь, содержащая 130-135 г/л гидроксида натрия.

В ртутном способе часть поваренной соли разлагается с образованием хлора и амальгамы натрия (раствор натрия в ртути). Натриевая амальгама, перекачивается в другую ванну, где натрий вступает в реакцию 5 с водой:

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂ ^ (5)

Раствор едкого натра идет на выпаривание, а чистая ртуть снова попадает в электролизер. Образующийся водород удаляется в цеховой коллектор, а чистая 50 % каустическая сода выводится как готовый продукт. Для промышленной реализации данного метода в основном используется горизонтальные электролизеры. Недостатком этого метода является использование сильно ядовитой ртути, создающей труднорешаемые проблемы газоочистки и сброса ее отходов.

Хороший технико-экономический эффект дает сочетание обоих способов (ртутного и диафрагменного), когда твердая и обратная соль из диафрагменных электролизеров подается до насыщения аналита из ванн с ртутным катодом, благодаря чему удается использовать дешевые подземные рассолы.

Для проведения мембранного способа электролиза используют электролизеры с ионообменной мембраной (нефильтрующий полимерный материал) которая разделяет анодное и катодное пространство. Насыщенный рассол подается в анодную камеру, ионообменная мембрана предотвращает попадание его в катодное пространство. Хлор выделяется на аноде и выводится из анодной камеры с обедненным рассолом. Ионы натрия проходят через мембрану в катодную камеру, куда подается вода в количестве, необходимом для получения щелочи, заданной концентрации. Для нормальной работы электролизера требуется глубокая очистка сырого рассола с добавлением ионообменных смол. Содержание магния (Mg²⁺) и кальция (Са²⁺) в очищенном рассоле должно быть не более 0,005 г/л. Перед подачей в электролизер рассол подкисляют соляной кислотой.

К достоинствам такого электролизера относят получение чистой каустической соды без применения ртути, что исключают загрязнение окружающей среды, отсутствие водорода в хлориде, относительно низкий расход электроэнергии. /12/

Приложение 2

Технологическая схема производства едкого натра известковым способом

Цех известковой каустической соды выпускающий твердый едкий натр, имеет следующие производственные участки: каустификации, отделения и промывки шлама, концентрирования слабых щелочей (выпарки), плавки.

Каустификация

На рис. 3 приведена технологическая схема производства едкого натра в отделении каустификации. Основной особенностью этой схемы является одновременное проведение реакций гашения извести и каустификации содового раствора в одном аппарате - гасителе - каустификаторе, в котором степень каустификации достигает 75-80 %. На гашение извести в гаситель подают не воду, как обычно, а содовый раствор. Для уменьшения потерь извести предусматривается дополнительная каустификация образовавшегося в гасителе - каустификаторе шлама, содержащего непрореагировавший оксид кальция.

Жженую известь из силоса - хранилища 1 дозируют лотковым шпателем 3 в гаситель - каустификатор 6. Одновременно с известью из

напорной мешалки 4 в гаситель поступает «нормальный» соловый раствор (93-95 % от стехиометрического). Напорная мешалка 4 имеет перелив, через который избыток «нормального» содового раствора сливается в мешалку перелива 29. Суспензия, содержащая гидроксид натрия, карбонат натрия, карбонат кальция и избыточную известь, по сифонной трубе перетекает в сифонное корыто 9 с ситчатой корзиной, которая имеет отверстия размером 4 х 4 мм. Не прошедшие через отверстия кусочки извести и несгоревшего топлива периодически выгружают из корзины в отвал. Крупные негашеные куски извести, и необожженный известняк промывают у порога гасителя водой (на рис. 3 не показано), направляют в бункер недопала 8 и возвращают из него на повторный обжиг или направляют в отвал.

Из сифонного корыта 9 щелочная суспензия перетекает в приемную мешалку суспензии 28, затем проходит пескоуловитель 27 и насосом 26 подается в каустификатор первой каустификации 10 для более полного использования извести. Степень каустификации раствора на выходе из каустификатора 10 составляет около 84 %. Избыток суспензии из мешалки 28 через перелив попадает в мешалку перелива 29, смешивается с «нормальным» содовым раствором и насосом 30 перекачивается в напорный сборник 4 гасителя-каустификатора. Здесь суспензия после полуторачасового пребывания проходит пескоуловитель (на рис. 3 не показано) и центробежным насосом 25 подается в ряд параллельно работающих отстойников 12 (на схеме показан только один). Осветленный слабый щелок при температуре около 80^о С, содержащий в среднем 130 г/л едкого натра, 30 г/л карбоната натрия и 11,3 г/л сульфата натрия, отбирают из переливного желоба отстойника и собирают в сборник слабых щелоков 14 и далее передают на выпарку. Шлам из отстойника 12 поступает в каустификатор 13 второй каустификации.

Для полного использования оставшейся в шламе извести вторую каустификацию проводят при большом избытке соды (более 50 %).

Необходимый для создания требуемого избытка содовый раствор подают в каустификатор 13. Здесь степень каустификации раствора обычно не превышает 55 %.

Для разжижения шлама в каустификатор 13 поступает осветленная жидкость со второго яруса шестиярусного промывателя шлама 22. На верхний ярус промывателя шлама 22 насосом 23 направляют суспензию из 13. Промывка шлама в промывателе 22 осуществляется конденсатом отделения выпарки и фильтром шламовых фильтратов, смешивающихся в сборнике 18.

Промывную воду при температуре около 75⁰С направляют через промыватель 22 противоточно шламу снизу вверх с помощью насосов 24. С верхнего яруса промывателя промывная вода направляется в отделение выпарки для растворения солей выпарки (карбоната натрия и сульфата натрия), выделяющихся при концентрировании слабого щелока. Промытый шлам, имеющий температуру 75-80⁰ С, поступает в сборник шлама 21 и подается в корыто барабанного вакуум-фильтра 15. Отфильтрованный и промытый конденсатом шлам срезают с поверхности фильтра в шнековую мешалку 17; сюда же одновременно подают воду для разбавления шлама и через сборник мешалку шлама 19 насосом 20 откачивают на «белое море».

Сборники 2, 5, и 7 служат для хранения содового раствора, получаемого при растворении солей выпарки и промывных вод соответственно. Дозируя указанные растворы в смеситель 33, получают «нормальный» содовый раствор, который насосом 32 перекачивают через подогреватель 31 в напорный сборник «нормального» содового раствора».

Отделение и промывка шлама

Раствор каустической соды (слабый щелок) необходимо отделить от шлама и осветлить. При упаривании раствора соотношение концентраций гидроксида и карбоната натрия остается неизменным. При дальнейшем упаривании мутного раствора его состав будет изменяться, так как в нем одновременно с упариванием будет протекать обратная реакция - взаимодействие твердого карбоната кальция с гидроксидом натрия с образованием эквивалентных количеств гидроксида кальция и карбоната натрия. Таким образом, содержание соды в растворе будет возрастать, а степень каустификации снижаться. Из этого следует, что перед подачей каустифицированого раствора на выпарку он должен быть тщательно осветлен.

Скорость и полнота отделения шлама от слабого щелока зависят от качества обжигаемого известняка, условий его отжига, избытка извести и других факторов.

Условия гашения извести также заметно сказываются на скорости осветления щелока. Если применять известковое молоко, полученное из негашеной извести, скорость осветления составляет 1,06 - 1,48 кг/ч, а если используют известковое молоко, полученное обычным способом, скорость осветления снижается до 0,16 - 0,28 кг/ч.

Так же на скорость осветления заметно влияет избыток извести в каустифицированном растворе. При проведении каустификации с 7 %-ным недостатком извести скорость отстаивания шлама составляет 1,6 кг/ч, при 1 %-ном избытке извести скорость отстаивания образующегося шлама снижает до 0,9 кг/ч за счет медленного осаждения частиц гидроксида кальция и образования более мелких частиц карбоната кальция.

Хорошая промывка шлама минимальным количеством промывной воды обеспечивается при сочетании промывочной многоступенчатой декантации шлама с последующей его фильтрацией.

В технологических схемах производства гидроксида натрия часто предусматривается повторная каустификация шлама свежим содовым раствором, что приводит к увеличению концентрации слабого щелока. /2/

Концентрация слабых щелоков (выпарка)

В отделение выпарки из отделения каустификации поступают слабые растворы щелока, содержащие около 130 г/л гидроксида натрия, 30 г/л карбоната натрия и 11,3 г/л сульфата натрия. При концентрировании слабых щелоков в твердую фазу выделяется карбонат натрия и сульфат натрия.

При дальнейших концентрациях гидроксида натрия в растворе наблюдается высокое пересыщение карбоната натрия и сульфата натрия, которое очень медленно снижается в результате старения раствора.

В процессе выпаривания важно не только максимально выделить примеси в твердую фазу, но и получить крупные быстро осаждающиеся кристаллы карбоната натрия и сульфата натрия. Полнота выделения солей обеспечивается высокой концентрацией гидроксида натрия и длительного выдерживания раствора едкого натра, обеспечивающей снятие пересыщения по карбонату натрия и сульфату натрия.

Если в растворе содержится воздух, он заметно ухудшает процесс осаждения твердой фазы, образуя с раствором устойчивую пену, захватывающую значительное количество кристаллизирующейся соли в виде мелких кристаллов, окруженных пузырьками воздуха. Поэтому для быстрого осаждения солей, а следовательно и для получения чистого продукта важно максимально исключить контакт выпариваемого раствора с воздухом. /2/

Плавка едкого натра

Максимальная концентрация едкого натра, достигаемая в выпарных установках, составляет примерно 70 %. Более концентрированные растворы едкого натра обладают большой вязкостью, что делает дальнейшее обезвоживание гидроксида натрия в выпарных установках неэкономичным. Для дальнейшего обезвоживания в промышленности применяют плавильные котлы, изготовленные из щелостойкого серого грунта.

Температура кипения едкого натра при атмосферном давлении составляет 1388⁰ С, поэтому полное обезвоживание гидроксида натрия возможно лишь при этой температуре. Достижение такой температуры связано с техническими трудностями. Для нагрева плава до такой температуры используют дымовые газы, образующиеся при сжигании угля, мазута или природного газа.

Обезвоживание едкого натра протекает в одном плавильном горшке /периодический процесс/ или в батарее из 6-9 плавильных горшков, соединенных последовательно. В этом случае плавка едкого натра ведется непрерывно, так как обезвоживание продукта осуществляется по мере движения его через плавильные горшки.

Наиболее важной операцией в отделении плавки является очистка расплава. Водные растворы гидроксида натрия при высоких температурах очень агрессивны, поэтому первые по ходу едкого натрия подогреватели и котлы могут разрушаться. Для защиты стенок аппаратов от коррозии к раствору едкого натра, перед подачей его на плавку, добавляют 1,3 -1,5 кг/т NaNo₃ или серу. Образующаяся в результате коррозии окись железа Fe²⁺ окисляется нитратом до трехвалентного железа - Fe³⁺ и в виде оксида Fe₂O₃ легко осаждается на дно плавильных горшков. На стенках образуется покрытие из Fe₂O₃, препятствующее дальнейшему коррозионному разрушению аппарата. А сера способствует получению едкого натра белого цвета, разрушая соединения, окрашивающие расплав в зеленый цвет.

При охлаждении плава в последнем плавильном котле образуются три слоя: верхний слой - белая каустическая сода в количестве 95 % массы всего плава /готовый продукт/, средний слой - серая каустическая сода в количестве 3 %, возвращается обычно в соседний котел и нижний слой - красного цвета в количестве 2 % - отход производства, который сливается в отдельные барабаны. /2/

Рис.2. Диафрагменный электролизер.

Рис.5. Технологическая схема производства едкого натра известковым способом (отделение каустификации):

1 - силос для извести; 2,11 - сборники содового раствора; 3 - лотковый питатель; 4 - напорный сборник содового раствора; 5 - сборник раствора, полученного при растворении солей выпарки; 6 - гаситель-каустификатор; 7 - сборник промывных вод; 8 - бункер недопада; 9 - сифонное корыто; 10, 13 - каустификаторы первой и второй каустификации; 12 - отстойник; 14 - сборник слабых щелоков; 15 - барабанный вакуум-фильтр; 16 - напорный бак конденсата; 17 - шнековая мешалка; 18 - сборник конденсата и фильтрата; 19 - мешалка шлама; 20, 23-26, 30, 32 - насосы; 21, 28 - приемные мешалки шлама и суспензии; 22 - шестиярусный промыватель шлама; 27 - пескоулавитель; 29 - мешалка перелива; 31 - трубчатый подогреватель; 33 - смеситель для получения нормального содового раствора.

Приложение 3

Ультратермостат и аккумулятор холода

Обслуживание и уход за ультратермостатом и аккумулятором холода. Подготовка к работе

Прежде чем приступить к работе следует очистить бак и части, защищенные противокоррозионными средствами, а затем предотвратить возможность поражения электрическим током (зануление, заземление).

В зависимости от температурных пределов, в которых предусматривается работа, бак ультратермостата следует наполнить жидкостью согласно таблице, приведенной в паспорте.

В случае совместной работы ультратермостата с аккумулятором холода или другим прибором, этот взаимодействующий прибор необходимо наполнить такой же самой охлаждающей жидкостью, какой наполнен ультратермостат.

После этого взаимодействующие приборы соединить резиновыми или металлическими шлангами, в зависимости от рабочей температуры.

В случае работы ультратермостата без взаимодействующего прибора, наконечник насоса следует соединить с наконечником при помощи замыкающего трубопровода, входящего в оснащение ультратермостата.

В металлическую оправу установить соответствующий контактный термометр и соединить его при помощи штепсельной вилки с термоузлом.

После предварительного снятия с магнитов короткозамыкающей перемычки, надеть на термометр головку. Вращая головку установить поперечный указатель термометра на требуемую температуру.

При вращении вправо повышают температуру, а влево снижают.

Отвернуть гайку гнезда контрольного термометра и установить в нем термометр, соответствующий данному температурному пределу.

При помощи электропровода подключить ультратермостат к сети переменного тока 220 В/50 Гц.

После выполнения вышеперечисленных операций можно приступить к нормальной работе.

Примечание: запуск ультратермостата без предварительного наполнения бака жидкостью угрожает немедленной порче нагревателя.

Работа в пределах от температуры окружающей среды до + 99⁰ с

Для получения номинальной точности ( 0,05⁰ С) в вышеуказанных пределах температур (а в особенности от температуры + 50⁰ С) следует включить холодильник в систему циркуляции охлаждающей жидкостью. С этой целью один наконечник холодильника соединяют при помощи резинового шланга с водопроводным краном, а второй с водоотводной раковиной.

Задачей охлаждающей жидкости, проходящей через холодильник, является выравнивание тепловых импульсов, образуемых нагревателем. Количество воды, проходящей через холодильник, следует регулировать в соответствии с рабочей температурой (чем выше температура, тем меньше количество проходящей воды).

Регулировку количества воды выполняют при помощи крана или дросселя, установленного между краном и холодильником.

Работа в пределах температур от 99⁰с до 200⁰с

Бак ультратермостата следует наполнить глицерином, гликолем или минеральным маслом, имеющим температуру воспламенения свыше 250⁰С.

Наконечники насоса следует соединить металлическим трубопроводом вместо резинового шланга.

Перед пуском ультратермостата необходимо выключить штепсельную вилку двигателя насоса и таким образом подогреть жидкость до температуры около 100⁰ С, а затем запустить насос, включая электродвигатель.

Включение электродвигателя в то время, когда жидкость (переносящий агент) еще густая, угрожает повреждением электродвигателя насоса.

Работа с аккумулятором холода

В случае работы при температуре ниже температуры водопроводной воды, ультратермостат необходимо присоединить к аккумулятору холода при помощи соответствующих трубопроводов.

Во внутреннем баке аккумулятора поместить охлаждающий фактор - сухой лед СО₂, залить спиртом и плотно закрыть крышкой.

Охлаждающую камеру наполнить термостатической жидкостью через отверстие гнезда контрольного термометра.

Гнездо термометра установить термометр и закрепить гайку. После запуска насоса ультратермостата проверить находится ли в циркуляции достаточное количество термостатической жидкости и в случае необходимости дополнить до уровня 40 мм от верхней крышки.

Нормально оборудованный ультратермостат позволяет временно работать в пределах отрицательных температур без гарантии получения номинальной точности (0,05⁰С).

В случае непрерывной работы в этих температурных пределах следует применять нагреватель мощностью 250 Вт, который поставляет завод-изготовитель по особому заказу.

Консервация

В случае длительного перерыва в работе ультратермостата или аккумулятора холода, следует, безусловно, удалить из приборов термостатическую жидкость, а затем тщательно осушить.

Из ультратермостата жидкость следует удалять, не наклоняя его, при помощи механических приборов во избежание повреждения электрического оборудования.

Пример выполнения лабораторной работы

1. Подготовили необходимую посуду и оборудование.

2. Приготовили растворы и проверили их концентрацию.

2.1 Приготовили раствор 1Н соляной кислоты (НС1) для титрования.

С помощью ареометра определили исходную концентрацию соляной кислоты р_{конц.НС1}=1,172г/мл. По справочнику определи процентную концентрацию кислоты W=34,18%. По формуле (4) рассчитали объем соляной кислоты необходимый для приготовления 1000 мл 1Н раствора кислоты V_{конц.НС1}=91.1 мл

100 ? 36,5

V _{конц. HCl} = -------------- = 91,1 (4)

34,18 ^.1,172

Отмерили с помощью цилиндра объемом 100 мл расчетный объем концентрированной соляной кислоты и влили через воронку в термостойкую мерную колбу объемом 1000 мл, предварительно наполненную на 1/3 дистиллированной водой. Содержимое колбы перемешали круговыми движениями в одном направлении. Затем объем раствора довели до метки дистиллированной водой. Закрыли колбу пробкой и перемешали, переворачивая колбу вниз-вверх. /10/

2.2Приготовили 0,1Н раствор соляной кислоты для титрования

Приготовление вели из 1Н раствора соляной кислоты путем разбавления в 10 раз. Отмерили с помощью цилиндра 100 мл приготовленного в п. 2.1. 1Н раствора соляной кислоты. В термостойкую мерную колбу объемом , 1000 мл предварительно наполненную на 1/2 дистиллированной водой, влили через воронку 100 мл 1Н раствора соляной кислоты и перемешали содержимое круговыми движениями. Затем довели до метки дистиллированной водой, закрыли пробкой и перемешали, переворачивая колбу вверх-вниз. /10/

2.3 Определили точную концентрацию приготовленных растворов соляной кислоты

Определение проводили с помощью отстандартизированного раствора 0,1Н гидроксида натрия методом обратного титрования. Пипеткой отобрали 10 мл отстандартизированного раствора 0,1Н гидроксида натрия и перенесли в коническую мерную колбу для титрования объемом 100 мл, добавили 20 мл дистиллированной воды (отмерили мерным цилиндром ) 2-3 капли индикатора (фенолфталеина). Титрование проводили приготовленным в п.2.2. 0,1Н раствором соляной кислоты до обесцвечивания розовой окраски. Титрование повторили 3 раза. Нормальность соляной кислоты определили по формуле 5:

10^. 0,1

N_HCL = ------ = 0,09 (5),где

11,1

N _HCL - нормальность соляной кислоты

V _HCL - объем 0,1Н соляной кислоты, пошедшей на титрование, 11,1 мл (За окончательный результат принимается среднее арифметическое значение из серии проведенных параллельных титрований.

V₁=11 мл, V₂=11,2 мл, V₃=11,1мл)

V _NaOH - объем аликвоты гидроксида натрия, равный 10 мл

N_NaOH - нормальность отстандартизированного раствора гидроксида натрия (использовали 0,1Н раствор)

Для оценки концентрации 1Н соляной кислоты предварительно осуществили разведение в мерной колбе в 10 раз. Полученным раствором заполнили бюретку объемом 25 мл.

Титрование проводили аналогично методике, указанной в п. 2.3. Нормальность соляной кислоты определяется по формуле 6:

10 ^. 0,1 ^.10

N _HCL = -------------- =0,867(6) ,где

11,53

N_HCL - нормальность соляной кислоты, получили равной

V_NaOH - объем аликвоты гидроксида натрия, равный 10 мл,

N_NaOH - нормальность отстандартизированного раствора гидроксида натрия (использовали 0,1Н раствор)

V_HCL - объем разведенной 0,1Н соляной кислоты, пошедший на титрование, 11,53 мл (За окончательный результат принимается среднее арифметическое значение из серии проведенных параллельных титрований.V₁=11,5 мл, V₂=11,4 мл, V₃=11,7мл)

R - число разведений, равное 10.

Содержимое колб перенесли в склянки (бутыли) объемом 1000 мл, оформили этикетки, закрыли пробками. /10/

2.4 Приготовление 25% раствор хлорида бария (BaCL₂)

Для приготовления раствора использовали ВаС1₂х2Н₂О W=99,5% ,ГОСТ 4108-72, дата производства 08.09.2003, срок хранения 3года.

Взвесили 62,5 г хлорида бария на технических весах с точностью до 0,01 г. В термостойкую колбу объемом 250 мл налили около 100 мл дистиллированной воды и постепенно через воронку пересыпали навеску хлорида бария. Затем с помощью стеклянной палочки, а также круговыми движениями в одном направлении, перемешали содержимое колбы. Полученному раствору дали отстояться, отфильтровали и слили в склянку (бутыль) объемом 300 мл. /5, 8,10,20/

2.5 Приготовление 3% оксалата аммония ((NH₄) C₂O₄)

Для приготовления использовалиС₂Н₈N₂О₄ х Н₂О,W=99,8%, ГОСТ 5712-78, дата изготовления 24.05.83, срок хранения 3 года

Взвесили 7,5 г оксалата аммония на технических весах с точностью до 0,01 г. В термостойкую колбу объемом 250 мл налили 100 мл дистиллированной воды и постепенно через воронку пересыпали навеску оксалата аммония. Затем с помощью стеклянной палочки, или круговыми движениями в одном направлении, перемешали содержимое колбы. Полученному раствору дали отстояться, отфильтровали и слили в склянку (бутыль) объемом 300 мл. /5,8,10,20/

2.6 Приготовление 16 % раствора карбоната натрия (Na₂CO₃)

Для приготовления использовали безводный Na₂CO₃, W=99,8%, ГОСТ 83-63, 1968

Взвесили 95,2 г карбоната натрия на технических весах с точностью до 0,01 г. В термостойкую колбу объемом 1000 мл налили 300 мл дистиллированной воды и, в несколько приемов (4-5) постепенно при перемешивании стеклянной палочкой добавили карбонат натрия. Затем прилили оставшиеся 200 мл дистиллированной воды. Процесс растворения карбоната натрия в воде является экзотермическим, поэтому его проводили при охлаждении водой на водяной бане. Полученному раствору дали отстояться, отфильтровали и слили в склянку объемом 500 мл.

2.7 Определение точной концентрации карбоната натрия

Определение проводили с помощью ранее приготовленного и отстандартизированного раствора 1Н соляной кислоты (п. 2.1.). Для разбавления исходного раствора карбоната натрия пипеткой отобрали пробу объемом 20 мл, перенесли в коническую мерную колбу объемом 100 мл и довели до метки дистиллированной водой. Колбу закрыли и раствор перемешали. Из разбавленного раствора пипеткой отобрали аликвоту 10 мл и перенесли в коническую мерную колбу для титрования объемом 100 мл. Добавили 20 мл дистиллированной воды (отмерить мерным цилиндром или пипеткой) и 2-3 капли индикатора фенолфталеина. Титрование проводили 1Н соляной кислотой до перехода розовой окраски в бледно-розовую. Затем к этому титруемому раствору добавили 2-3 капли индикатора метилового - оранжевого и продолжили титрование 1Н соляной кислотой до перехода желто-оранжевой окраски в розовую. Титрование повторили 3 раза.

Концентрация соды определяется по формуле 7:

10,4 ^. 1 ^. 100 ^. 106

C _Na2CO3 =---------------- = 275,6 (7) ,где

^{исх. р-р} 10 ^. 20 ^. 2

C _{Na2 CO3} - концентрация карбоната натрия, г/л

^{исх. р-р}

N_k - нормальность соляной кислоты (1Н)

V_k - общий объем 1Н соляной кислоты пошедший на титрование аликвоты в присутствии индикаторов фенолфталеина и метилового оранжевого, 10,4 мл

V ал._{Na2 CO3}- объем аликвоты карбоната натрия, равный 10 мл

Vпробы - объем пробы исходного 16 % раствора карбоната натрия, взятый для разбавления, равный 20 мл

Vобщ.- объем приготовленного разбавленного раствора карбоната натрия, равный 100 мл

M_{Na2 CO3}- молярная масса карбоната натрия, равная 106

За окончательный результат принимали среднее арифметическое значение из серии проведенных параллельных титрований. /5,10,17,20/

2.8 Содержание оксида кальция в негашеной извести

Около 1 г оксида кальция взвесили в предварительно взвешенном бюксе с крышечкой на технических весах с точностью до 0,01 г. Поместили в сухую фарфоровую ступку, осторожно смочили 5 мл дистиллированной воды. Титровали из бюретки объемом 25 мл в ступке в присутствии 2-3 капель индикатора фенолфталеина раствором 1Н соляной кислоты, растирая комочки пестиком до полного исчезновения розовой окраски титруемого раствора. Затем к раствору в ступке прибавили 1-2 капли индикатора метилового - оранжевого и продолжили титрование 0,1Н соляной кислоты до перехода желтой окраски в розовую. Титрование повторили 3 раза.

Массовую долю оксида кальция в % вычислить по формуле 8:

26,067 · 0,02804 · 100

W_{CaO =} -------------- = 73,09 % (8)

1

_,где V - объем раствора 1Н соляной кислоты, израсходованный на титрование в присутствии индикатора фенолфталеина, 26,067 мл

0,02804 - количество оксида кальция, соответствующее 1 мл точно 1Н соляной кислоты

m пробы - масса навески оксида кальция, равная 1 г

Массовая доля углекислого кальция (W₁) в % вычислить по формуле 9:

5,6 · 0,05004 · 100

W_CaCO3 = ------------------------------ = 26,91%

1

где V₁ - объем раствора 0,1Н соляной кислоты, израсходованной на титрование в присутствии индикатора метилового - оранжевого, 5,6 мл

0,05004 - количество карбоната кальция, соответствующее 1 мл точно 0,1Н соляной кислоты

m пробы - масса навески оксида кальция, равная 1 г

За окончательный результат принимается среднее арифметическое значение из серии проведенных параллельных титрований. /19,20/

2.9 Приготовление известкового молока (Ca(OH)₂)

Рассчитать массу оксида кальция для приготовления известкового молока с концентрацией 310 - 330 г/л по формуле 10:

70

m_CaO=------= 95,77(10)

0,7309

где m_CaO - масса технического продукта оксида кальция, г

71 - масса оксида кальция чистого (без примесей), г

W_CaO - массовая доля оксида кальция в техническом продукте, определенная в п. 2. 8.

Взвесили расчетное количество технического кальция в предварительно взвешенном стакане на технических весах с точностью до 0,01 г. В термическую колбу объемом 250 мл налить 100 мл дистиллированной воды и в несколько приемов (4-5) постепенно при перемешивании стеклянной палочкой прибавили известь. К полученной суспензии прилить 100 мл дистиллированной воды и тщательно взболтали

Известковое молоко приготовили непосредственно перед проведением лабораторной работы. /5, 10,17,20/

2.10 Определение точной концентрации гидроксида кальция

Определение проводили с помощью ранее приготовленного и отстандартизированного раствора 1Н соляной кислоты (п. 9.1.). Для разбавления исходного раствора гидроксида кальция пипеткой отобрали пробу объемом 10 мл, перенесли в коническую мерную колбу объемом 100 мл и довели до метки дистиллированной водой. Колбу закрыли и раствор перемешали. Из разбавленного раствора пипеткой отобрали аликвоту 10 мл и перенесли в коническую мерную колбу для титрования объемом 100 мл. Добавить 20 мл дистиллированной воды и 2-3 капли индикатора фенолфталеина. Титрование проводится 1Н соляной кислотой до перехода розовой окраски в бледно-розовую. Титрование повторили 3 раза.

Концентрация соды определяется по формуле 11:

1 · 8,43 · 100 · 74

C_Ca(OH)2 = ------------------ = 312,03 (11)

исх. р-р 10 · 10 · 2

где C_Ca(OH)2 - концентрация гидроксида кальция, г/л

^{исх. р-р}

Nн - нормальность соляной кислоты (1Н)

V_k - объем 1Н соляной кислоты пошедшей на титрование аликвоты в присутствии индикатора фенолфталеина, мл

V ал _Ca(OH)2 - объем аликвоты гидроксида кальция, равный 10 мл

V пробы - объем пробы исходного раствора известкового молока, взятый для разбавления, равный 10 мл

V общ. - объем приготовленного разбавленного раствора гидроксида кальция, равный 100 мл

M _Ca(OH)2 - молярная масса гидроксида кальция, равная 74

За окончательный результат принимается среднее арифметическое значение из серии проведенных параллельных титрований. /10,17/

3. Методика выполнения лабораторной работы.

По заданному количеству карбоната натрия и по соотношению исходных реагентов в загрузке (избыток гидроксида кальция в мольном отношении составляет 1; 1-1,5) рассчитали объемы растворов исходных реагентов.

V(Na₂CO₃)=100мл, p(Na₂CO₃)=1,170 г/мл

m_р-ра(Na₂CO₃)=100^. 1,170=117г

m_в-ва(Na₂CO₃)=117^. 0,16=18,72г

n_в-ва(Na₂CO₃)=18,72: 106=0,177моль

n_в-ва(Са(ОН)₂)=0,177^. 1,5=0,265 моль

m(Са(ОН)₂)=74^. ,265=19,60г

1000мл _________ 312,03

Х _________ 19,60

V(Са(ОН)₂)=62,82мл

В фарфоровый стакан-каустицер залили рассчитанный объем исходного 16%-го содового раствора и поместили каустицер в термостат, нагретый до температуры 80⁰ С. Одновременно в термостат поместили колбу с рассчитанным объемом свежеприготовленного известкового молока и нагрели до 80⁰С. Затем вынули колбу с известковым молоком и в течении 3-5 мин небольшими порциями ввели в каустицер с содовым раствором содержимое колбы. После добавления последней порции включили мешалку в каустицере. Каустификацию проводили в течении 50мин.

Содержимое каустицера количественно перенесли на фильтровальную установку последовательно в несколько приемов. Осадку дали отстояться на фильтре в течении 5-7 минут. Количественно перенесли весь влажный осадок в предварительно взвешенную чашку Петри.

m_осадка=57г

Взяли навеску осадка 2 грамма, поместили на предварительно взвешенное часовое стекло. Затем количественно перенесли навеску на фильтр воронки для простого фильтрования. Смыли часовое стекло и стеклянную палочку от остатков осадка 2-3 раза дистиллированной водой. Промывали осадок до получения 200мл промывных вод.

4. Обработка результатов.

1) Определение в фильтрате содержание гидроксида натрия, карбоната натрия, гидроксида кальция как указано в п. 14.

2)

V₁=26,2 мл

V₂=24,85 мл

V₁- V₂= 26,2-24,85=1,35 мл

С(Na₂CO₃)=6,203г/л

С(Са(ОН)₂)=0 г/л ,т.к. (Са(ОН)₂) прореагировал полностью в процессе каустификации.

V₃=0мл

С(NаОН)=4,68 г/л

m(NаОН)_{в осадке}= 0,267г

m(Na₂CO₃)_{в осадке}= 0,354г

m(Са(ОН)₂)_{в осадке}= 0г

3) Определение в промывных водах содержание гидроксида натрия, карбоната натрия, гидроксида кальция как указано в п. 14.

V₁=1,8 мл

V₂=1,55 мл

V₁- V₂= 1,8-1,55=0,25 мл

С(Na₂CO₃)= 0,119г/л

С(Са(ОН)₂)=0 г/л ,т.к. (Са(ОН)₂) прореагировал полностью в процессе каустификации.

V₃=0мл

С(NаОН)= 0,09 г/л

m(NаОН)_{в осадке}= 0,513 г

m(Na₂CO₃)_{в осадке}= 0,6783 г

m(Са(ОН)₂)_{в осадке}= 0г

Рассчитываем степень каустификации :

(m_NaOH) факт

Х = -------------- • 100 % = 40%

(m_NaOH) теор.

(m_NaOH) факт = 0,267 +0,513= 0,78г

(m_NaOH) теор. = 1,957г

Список используемой литературы

Практикум по общей химической технологии. /Под ред. И.П. Мухленова. - М.: Высшая школа, 1973.- 423с.

С.А.Крашенинников. Технология соды. - М.: Химия, 1988. - 378с.

Химическая технология. /Под ред. И.А. Кнунянца. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1988.том 2 - 1335с.

Химическая энциклопедия. /Под ред. Ю.А.Золотова, В.А.Кабанова и др. - М.: Большая российская энциклопедия, 1988.том 3. - 1268с.

Краткий химический справочник. /Под ред. В.А.Рабиновича. - М.: Химия, 1977. - 376с.

Правила по технике безопасности и производственной санитарии при работе в химических лабораториях медицинских учебных заведений. /Министерство здравоохранения СССР. - М.: 1982. - 58с.

Инструкция по охране труда в химической лаборатории.

Большой энциклопедический словарь. Химия./Под ред. И.А. Кнуянца. - М.: Большая Российская энциклопедия,1998 - 790с.

Государственный стандарт Союза ССР. Реактивы. Кальция окись. Технические условия ГОСТ 8677-76, издание официальное. Государственный комитет СССР по стандартам Москвы с - 8.

Методические указания к лабораторно-практическим занятиям по аналитической химии (Курс количественного анализа). /Под ред. А.С. Квач. - К.: КГМУ, 1991. - 58с.

Неорганическая химия. /Под ред. Н.Н.Павлова. - М.: Высшая школа, 1993. -

Основы химической технологии. /Под ред. И.П. Мухленова. - М.: Высшая школа, 1991.

Первые в ряду элементов. /Под ред. А.А.Николаева. - М.: Просвещение, 1983.

Журнал "Химическая промышленность". № 8, 1993.

Химия в действии. /Под ред. А.М. Фримант. - М.: Мир, 1994.

Неорганическая химия. /Под ред. Э.Г.Оганесян. - М.: Высшая школа, 1984.

Курс аналитической химии. Качественный анализ. /Под ред. А.П. Крешкова. -М.: Химия, 1982.

Физическая и коллоидная химия. /Под ред. К.И.Евстратовой. - М.: Высшая школа, - 1990. -487с.

Аналитическая химия. /Под ред. В.П.Васильева. - М.: Высшая школа, - 1989. -384с.

Справочник химика . Основные свойства неорганических и органических соединений. /Под ред. !!!!. - М.: Химия, 1964 том 2. - 1165с.