Күкірт қышқылы

Қазақстан Республикасының Білім және Ғылым министрлігі
Семей қаласының Шәкәрім атындағы Мемлекеттік университеті
Химия кафедрасы

Бейорганикалық заттардың химиясы және технологиясы пәнінен
5В072000 – Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы
Мамандығы студенттеріне арналған
зертханалық жұмыстардың
ӘДІСТЕМЕЛІК НҰСҚАУЛАРЫ

Семей
2014
1 Зертханалық жұмысты рәсімдеу тәртібі
Зертханалық жұмыс зертханалық журналда рәсімделеді.
Сызықтың өлшемі: ортасынан 5 см.
Зертханалық жұмысқа есеп беру үшін ішіне мыналар кіруі керек:
1) Тақырыбы;
2) Жұмыстың мақсаты;
3) Реактивтер және жабдықтар;
4) Берілген тақырып бойынша қысқаша мағлұмат;
5) Эксперименталді бөлімде:
а) зертханалық жұмыс кезеңінің мазмұндамасы;
б) қондырғының нобайы немесе суреті (егер қажет болса);
в) эксперимент нәтижесін өңдеу (есеп және кесте).
6) Тұжырымдар;
7) Тақырып бойынша бақылау сұрақтарына жауап.

Зертханалық жұмысты бастар алдында конспекті тексереді және студенттен эксперименттің жүру тәртібі сұралады, содан кейін ғана студентке зертханалық жұмысты орындауға рұқсат алады.
Ақырғы кезеңде оқытушының жоғарыда көрсеткен талаптарына сай зертханалық жұмыс рәсімделіп, қорғалады.
Тақырыпты және зертханалық жұмысты бекітіу үшін оған теориялық сұрақтар мен тәжірибелік тапсырмалар беріледі.

2 Химиялық зертхана жұмысының қауіпсіздік техникасы
2.1 Химиялық зертхана жұмысының жалпы ережесі
1. Химиялық зертханада зертханалық жұмысты орындауда кемдегенде екі адам болуы керек.
2. Жұмысты орындау кезінде техника қауіпсіздік және өрт қауіпсіздік ережесін білуі керек.
3. Зертханада тамақтануға, шылым шегуге және химиялық ыдыстармен су ішуге үзілді – кесілді тиым салынады.
4. Кез келген жұмысшы өрт сөндіру құрылғысының тұрған жерін және оны қолдануды білуі керек.
5. Жұмысқа кіріспес бұрын, қолданылатын құрылғыны және заттың сипаттамасынмен танысу қажет, және де олармен жұмыс істерде қауіпсіздік техникасын білу керек.
6. Кір ыдыспен жұмыс жасауға тиым салынады. Жұмыс орындалғанан кейін ыдысты жуу тиіс.
7. Жұмыс істеп тұрған зертхана қондырғысын қалдыруға болмайды, құрылғыларды тексермей тұрып қосуға болмайды.
8. Жұмыстың орындалуында нұсқаулықта көрсетілген барлық қажетті құрылғылардан қорғануды игеру керек.
9. Қандай бір болмасын заттардың дәмін татуға тиым салады.
10. Қыздырып тұрған сұйықтыққа еңкеюге және қасындағы басқа жұмысшыларға бағыттауға болмайды.
11. Этикеткасы жоқ ыдыстан затты пайдалануға үзілді – кесілді тиым салады.
12. Заттың иісін анықтағанда, қолынды жаймен қозғалтып буды өзіне қарай абайлап бағыттайсын және қатты демалмайсын.
13. Жұмыс аяқталғанан кейін жұмыс орынынды жинастырасын, газды, суды және электрэнергиясын өшіресін.
14. Тұтанып тұрған газды жылытқышты және электрплиткасын қосып қалдыруға болмайды.
15. Қол жуғышқа қышқыл қалдығын, сілті, тез тұтанғыш және ыстық сұйықтықты құюға, сонымен қоса қағаз, сіріңке, құн және қатты заттарды тастауға болмайды.
16. Сұйықтықтарды жылытуды аппараттарда үзілді кесілді тиым салынады, басқа тек осыған арналған автоклавтарда.
17. Зертханада жұмыс істейтін кез келген жұмысшы дәрі – дәрмектер салынған дәріхананың қайда тұрғанын және әртүрлі жарақаттарда алғашқы көмек көрсетуді білуі керек.
Ескерту жеке бас қауіпсіздік техникасын сақталмауы, ол туралы дұрыс мағлұмат алмауында.
Тез тұтанатын сұйықтықты қолданғанда (ТТС) радиустан 2 м ашық жалын болмауына мән беру керек. Осындай заттарды сулы және ауа моншасының жабық электрплиткасында орындалуы керек. Диэтил эфирі айырықша қауіпті.
Оны су моншасында қыздырып отырып айдайды. ТТС жуан склянканы асбестті темір жәшікте, жылудан сақтайды. ТТС – тің ортақ саны зерханада тәуліктік қажеттіліктен аспауы керек. Алдымен аспаптарды тексергенен кейін ТТС қалдығын және жанындағы барлық жылытқыштарды өшіру керек.
Сілтілі металмен, кальций карбидімен және кез келген басқа заттармен суда жұмыс жасағанда жарылыс болуы мүмкін. Ол вакуумда немесе автоклавта болып жатқан процесте және қысымды жоғарлатқанда болуы мүмкін. Жарылыстар нитроқосылысты синтезде, диазоқосылысты және кез келген басқа заттарды алғанда немесе қолданғанда болады.
Сілтілі металдармен операция жасағанда арнайы жұмыс орны, құрғақ аспаптар мен су. Құрғақ керосин қабатын өлшеу жабық бюксте орындалады. Натрий немесе калий қалдықтарын абсолютті спирт ерітіндісімен бейтараптандырып жояды.
Ең үлкен қауіп қышқылдармен және сілтілермен абайламай жұмыс жасау. Тіпті әлсіз қышқылдардың (мысалы, сірке қышқылы) жоғарғы қонцентрациясыда химиялық күйікті шақырады. Көзге түскен қышқыл және сілті ерітіндісі көздің көруін нашарлатуы мүмкін. Осы қатынасқа айрықша қауіптісі сілті және аммиак. Сол себепті қышқылдармен және сілтілермен жұмыс жасағанда арнайы көзәйнек, резеңке қолғап және сорғыш шкаф, ал қышқылды үлкен сыйымдылықты емкосттан кішкенетай емкостқа ауыстырғанда резеңкелі алжапқыш және сифон пайдаланады. Қышқылды еріту үшін суды құя отырып араластырады.
Қатты сілтінің үлкен кесегін майдалағанда, тығыз матаға орап, балғамен уатады, ал ұсақтарын сүлгімен жабылған үккіште түйеді. Қатты сілті шашқа білінбей түсуі мүмкін және ол шаштың түсуіне алып келеді, сондықтан осы уақытта басын жабық болуы керек. Қышқыл және сілті қалдығын алдымен бейтараптап, содан кейін қолжуғышқа төгеді.
Вакуумды құрылғымен жұмыс жасағанда сулы немесе майлы насос (эксикаторлы вакуум, вакуумды айдау, вакуумды сүзгі) және вакуумды сосудті міндетті түрде сүлгімен оралған болуы керек. Вакуумды айдау процесінде жинақталған құрылғылар айдалатын сұйықтықпен толтырылады. Көз көзілдірікпен немесе бет пердемен жабылған болу керек, оны құрылғы салқындағанда және ауасы шыққаннан кейін шешеді.
Егер қысылған немесе сығылған газды қолданғанда бірінші кезекте баллон және редуктор бүтін күйде болады, баллонның сақталу мерзімі өтіп кетпегеніне көз жеткізуіміз керек. Баллон бөлмеден тыс жәшікте ұсталынады, ал газ зертханаға арнайы құбырлармен жеткізіліп отырады.
Химиялық зертханада жұмыс істеу арнайы шапан маталы халатпен жүргізіледі. Резеңкелі қолған халат жеңдерінің үстінен киеді.

2.2 Жарақаттану мен уланудағы алғашқы көмек
Термиялық күйіктерде күйген жерді калий перманганат ерітіндісімен немесе этил спиртімен сүртеді. Егер жарақаттанған жерге қышқыл түскенде оны ағын сумен 10 – 15 минут шаяды, одан кейін 3% - тік натрий гидрокарбонат ерітіндісімен сүртеді және қайтадан сумен шаяды. Сілтімен күйгенде алдымен сумен теріні жуады, 3% - тік сірке қышқылымен сүртеді және қайтадан сумен жуады. Денеге түскен органикалық заттарды, суда ерімейтің, сол заттың ерітіндісінің көп мөлшерімен жуады, кейін спиртпен шайқайды және креммен майлайды.
Соғып алғанда, ауырсынуды және тері ішіндеге қанның ұюын басу үшін таңғыш салады, үстіне мұз қояды. Жасуша зақымданғанда, зертханалық шыны ыдыстардың шынысынан болған кесілу көмекті жылдам көрсету керек. Ол үшін толық шыны қалдығын алып, қан ағуды тоқтатып, жараның айналасын тазартып және жара айналасын антисептикпен өндеу,сол заттардың жара ішіне түспеуін қадағалау керек. Кенеттен қан ағу кезінде жараны өндеуде 3% - тік сутек асқын тотығы ерітіндісі, темір (ІІІ) хлоридінің сулы ерітіндісі қолданылады. Содан кейін залалсыздандырылған дәкемен немесе тампон жабады және тығыз орап тастайды, осындан кейін зардап шегушіні медпунктке жібереді.
Электр жарақатында дәрігерге дейін зардап шегушіге тыңыштық және таза ауа келуін қамтамасыз ету керек. Зардап шегуші артық қимыл жасамау керек. Егер тыныс алуы және жүрек қызметі бұзылған кезде, онда тез арада жасанды дем беріп және жүреккке тікелей массаж жасау керек, осы операцияны функцияның қалпына келгенше немесе медициналық қызметкер келгенше тоқтатпау керек. Жасанды дем беру мына жағдайда қолданылады, егер адам ырғақсыз дем алса немесе мүлдем дем алмасы.

Қорытынды сұрақтар мен тапсырмалар

1 Құрамында тез жанғыш сұйықтығы бар, реакционды қоспасын шыны колбаны асбест сеткасымен жабылған оттың жалынымен қыздырады. Осындай тәжірибе қандай нәтижелерге әкеп соғуы мүмкін?
2 Зертханада өрт пайда болған кезде қандай іс әрекет орындау қажет?
3 Жанғыш және қайнаған сұйықтықтардың қажет емес заттарын айдау керек. Қандай әдісті қолдану қажет? Қандай қауіпсіздік шараларын қолдану қажет?
4 Натрий гидроксидінің шамамен 500 г бөлшегі бар. 200 г. мөлшерінде осы заттын 40% тік судағы ерітіндісін дайындау қажет. Қандай іс әрекеттер орындау қажет. Қандай жеке бас қорғану заттарымен қолдану керек?
5 Концетрленген сілті немесе концентрленген қышқыл ашық теріге тиген кезде қолданылатын іс әрекеттердің тізбегін көрсетіңіз.

№1 Зертханалық жұмыс
Тұзды қышқылды көмірқышқылды әдіспен алу
Жұмыс мақсаты: Тұзды қышқылды алу кезіндегі басты жұмыс барысымен танысу процестің материалды балансын құру, өнімдер шығуын және шикізат бойынша шығымын анықтау.
ТАПСЫРМА: Тұзды қышқылды көмірқышқылды әдіспен алу. Химиялық анализ жүргізу. Алынған нәтижені өндеу.
ҚҰРЫЛҒЫЛАР, ТЕХНИКАЛЫҚ ЖӘНЕ ИНСТРУМЕНТАЛДЫ ҚОЛДАНЫЛАТЫН ЗАТТАР:
Хлорлы сутекті алу және абсорбциялау коэффициенті
Титрлеуге арналған қондырғы
Химиялық ыдыс
Аналитикалық таразы
Электрплиткасы
1 жалпы мағлұматтар:
Тұз қышқылы – хлорлы сутектің сулы ерітіндісі. Тұз қышқылы – түссіз немесе сары түстес сұйықтық, егер құрамында темір қоспасы болса.
Өндірісте тұз қышқылын 27,5-тен 37%-ке дейін баратындарын қолданады .
Тұз қышқылы мырыш, барий, магний хлоридтерін алуға қолданылады, металлдарды уландыру үшін, бу котелдарын тот басудан тазалау, желім, қант, желатин өндірісінде, теріні бояуда.
Тұз қышқылының өндірісі екі негізгі стадиядан тұрады: хлорлы сутекті алу және хлорлы сутекті сумен адсорбциялау. Хлорлы сутектің алу әдістеріне байланысты тұз қышқылының келесі өндіріс түрі бар: 1) сульфатты., 2) хлордан және сутектен синтезі, 3) шығын газдардан, олардың құрамында хлорлы сутек қоспақ өнім ретінде болады.
Сульфатты әдіс 92 – 98% - ті күкірт қышқылының 500 – 5500С температурада тұз қышқылына әсеріне негізделген.
2NaCl + H2SO4 = Na2SO4 + 2HCl – 68,25 кДж      (1);
Реакция қайтымсыз, эндотермиялық.
Процессті муфель пештерінде жүргізеді, жанатын газдармен жылынады, 950 – 11000С ие болады.
Қышқыл концентрациясы 27 – 31 %-тен жоғары болмайды.
Хлорлы сутектің хлордан және сутектен синтезі қазіргі уақыта негізгі болып табылады:
H2 + Cl2 ↔ 2HCl + 184,23 кДж                (2);
Сутекті хлормен жағу пештерде жүреді 24000С температурада сутек шығымы 5 – 10%.
Көптеген өндірістерде хлорлы сутек қосалқы өнім ретінде шығады. Көбінесе ол органикалық қосылыстарды хлорлау кезінде пайда болады мысалы, хлорбензол өндірісінде:
C6H6 + Cl2 = C6H5Cl + HCl                (3);
Тұз қышқылын алудың екінші кезеңі – хлорлы сутектің сумен абсорбциясы   – гидрат бөлінумен және жылу бөлінумен жүреді. Абсорбцияны екі әдіспен жүзеге асырады – жылу шығарумен және жылу шығарусыз (адиабатикалық абсорбция).
Тұз қышқылының негізгі әдістерімен танысқан басқа бұл жұмыста процесстің материалдық балансын құру тапсырылады, өнім шығу және шығын бойынша бастапқы коэффициенттерін анықтау.
Материалдық баланс масса сақтау заңы негізінде құрылады, соған сәйкес өндіріске енгізілген барлық заттардың массасы шыққан заттарлың массасына тең болу керек.
Материалдық баланс осы көрсеткіштерге байланысты құрлу мүмкін: а) бастапқы шикізат бірлігіне б) шыққан өнім бірлігіне в) периодты процесстің бір жүргізілуіне, г) белгілі бір өнімділікке.
Материалдық балансты кесте, диаграмма немесе теңдеу түрінде белгілейді.
Материалдық баланс құру кезінде процесс схемасын сызады, процессті химиялық теңделермен бейнелейді және материалды есептеуді жүргізеді, шикізат және жекеленген компоненттердің шығымын, алынатын өнімдер, шығатын өнімдердің және қалдық өнімдердің салмақтық саның анықтайды.
Өнім шығымы η-ға шыққын өнімнің G - дің қатнасы бар, максималды болуы мүмкін Gм:
η = GGм                  (4);
Шығымды массалық және проценттік бөлшекте көрсетеді. Өнімнің максимальді саның шикізат пен негізгі химиялық реакциямен анықтайды. Егер реакцияда бірнеше реагенттар болса, онда, шығымды жетіспеуші реагенттен анықтайды. Еритін реакция үшін шығымды NaCl арқылы анықтау керек, себебі күкірт қышқылы артығымен алынады.
Шығымды максимальдыдан өндірістік жоғалтуларды ескереді, ағын сулар мен газ шығарудан келген жоғалтулар, қосалқы реакциядан келген жоғалтулар. Ол өзінің технологиялық процесінің мінесіздігің көретеді.
Максимальді мүмкін шығым түсігін барлық технологиялық процесс үшін және жекеленген стадиялар үшінде қарастыруға болады.
Қайтымды реакцияларды қарастырғанда келесі тең салмақты шығым ηр және тең салмақтан шығым η1 көрсеткіштерді енгізеді. Тең салмақты шығым дегеніміз тең салмақты жағдайларда Gр алынған өнімдердің реакция бойынша максималді мүмкінге Gм қатынасы, егер қайтымсыз болса.
Тең салмақтыдан шығым η1 – бұл шыққан өнімнің G тең салмақтыға Gр катынасы (6):
ηр = Gp Gм         (5);
η1= G Gp            (6);
Тең салмақты шығым, мына шарттарда (температура, қысым және концентрация) қанша өнім алуға болатының көрсетеді, ал тең салмақтан шығым мына шарттар кезінде технологиялық процесстің стадияларының мінсіздігің сипаттайды. тең салмақты шығым және тең салмақтыдан шығым тек қана химиялық реакциялар үшін қолдануға болады.
η ηp η1                 (7);
Электронды-химиялық реакцияларда ток бойынша шығым қолданылады, ол шыққан өнімнің санының токтың шығымының санына Фарадей заңы бойынша қатынасы.
Көпкомпонентті қоспаларды ажырату кезіңде, мысалы, байытуда, адсорбцияда және тағы басқа, шығым түсінігімен бірге алу дәрежесі түсінігі қолданылады.
Алу дәрежесі дегеніміз процесстің басындағы алынған заттың процесстің аяындағы өніміне қатынасы. Егер процесс қайтымды болса, онда қосымша, дәл шығымға сиақты, тең салмақты алу дәрежесі және тең салмақтан алу дәрежесі еңгізіледі.
Егер өнімнің максималды шығуын анықтау мүмкін болмаса онда, өнім шығымы прцентпен немесе кгт, кгкг және тағы басқамен белгіленеді. Дәл осылай , мысалы, тасты көмірді кокстеу кезінде, мұнай өнімдерін және тағы басқалардың өнім шығымдарын белгілейді.
Шығын коэффициенттері бұл шикізат шығындары, көмекші материалдар және энергия, алынатын өнімдердің бірлігіне негізделген. Шығын коэффициенттері мына бірліктерде белгілінеді: тт, м3т, квт.чт и т.д.
Шикізат бойынша практикалық шығын коэффициентің және теоретикалық айырады. Шикізаттың практикалық шығындарын осы формула арқылы анықтады:
β= Gc Gn                   (8);
мұңдағы: Gc – шикізат шығыны фактикалық немесе 100% концентрация;
        Gn – алынатын өнім саны.
Теориялық шығын коэффициенттері реакция теңдеуі бойынша анықталады. аА + вВ = сС реакциясы үшін шығын коэффициент А затының мынаған тең:
βТ = аМА сМс                (9);
мұңдағы МА и Мс – компоненттердің молекулярлы массалары А және С.

Қондырғы схемасының бейнелеуі 1:
Тұз қышқылының алу қондырғысы үшін схемасы 1 суретте көрсетілген. Колбада астұзының күкірт қышқылының әрекеттесуі кезінде хлорлы сутек түзіледі 1 реякициясы бойынша.. Колба 1 электроплиткамен 5 қыздырылады.
Колбада түзілетін хлорлы сутек күкірт қышқылы 10 бар жұтқыш склянкадан өтеді, бұл онда суытылады және су буларынан жәнеде басқа да қалдықтардан тазыртылады. Ары қарай хлорлы сутек жұтқыш склянкаға 11 және 12 өтеді, онда ол сумен абсорбцияланады.
Қондырғы кішкентай вакуммен (5 – 10 мм.рт.ст.)жұмыс істейді, бұл вакумды вакум-насос 16 арқылы туземіз, және манометром 7 өлшейміз. Сумен ыдыс 13 (нақтырақ ыдыстағы су деңгейі) жүйедегі су бүркегіш насоспен жаслған максималды вакумды шектеуге арналған.
1 тәжірбие жүргізудің әдістемесі
Жұтқыш склянкаларға 11 және 12 шамамен 50 мл-дан дистиллтрленген судан құяды.
13 ыдысқа шамамен 80% ға құбыр суымен толтырады.
1 колбаны өлшейді және оған өлшенген ас тұзын салады (өлшенген тұз мұғаліммен анықталады, 3-5 г. шамасының аралығында). Колбаны схемада көрсетілгендей орналастырады. Воронкаға 3 берілген өлшенген тұзға 92% мөлшерінде көмірқышқылын құяды (көмірқышқылының артық мөлшері мұғаліммен анықталады). Ас тұзындағы қалдық мөлшері 3 %.
Қондырғыны герметикалық қасиеттеріне тексереді, осы үшін вакум-насосқа 16 су береді. Крандар 3 және 14 жабық болуы тиіс, ал кран 6 ашыыө болуы керек. Егер қондырғы герметикалық болса, онда қондырғыда вакум пайда болады, және склянкалар 11 және 12 дегі су арқылы ауаның өтуі лезде тоқайды.
Қондырғыны герметикалық қасиеттеріне тексергеннен кейін 3 - ші кранды ашу арқылы көмірқышқылды 1 колбаға ағызады. Қышқылды ағызып болғаннан кейін 3 - ші кранды лезде жабады, 5 - ші электроплитаны қосады.
11 және 12 склянкадағы сұйықтық арқылы газдың өте қарқынды бұрқылдауын болдырмау қажет, себебі абсорбцияны нашарлатады. Егер осындай құбылыс байқалса, вакуум – насосқа су берілуін азайту керек.
Тәжірибені 1 колбада көбіршіктер басылғанда және склянкадағы бұрқылдау басылғанда тоқтату керек. Электроплитаны 5 өшіріп, кранды 3 және воронка тығынын 4 ашады. Вакуум – насостағы суды бөгетпен бөгеп қояды.
Колбаны алып, суыған соң қалдығымен өлшейді.
11 и 12 склянкадағы ерітіндіні HCl мөлшерін анықтауға анализдейді; 11 склянкадан 5 – 10 мл пипеткамен ерітіндіден коникалық колбаға аламыз. 100 мл-ге дейін дистиллденген сумен сұйылтып, ге дейін дистиллденген сумен сұйылтып алып, 3 тамшы фенолфталеин ерітіндісін тамызып, 0,1 н сілті ерітіндісімен қызғылт түс пайда болғанша титрлейміз.
11 склянкадағы ерітінді концентрациясына қарағанда 12 склянкадағы ерітінді концентрациясы әлсіздеу, сондықтан ерітіндіні анализдеу үшін 12 склянкадан 20 – 25 мл көлемде үлгі аламыз.
Тәжірибе аяқталған соң, жұмыс орнын қалыпқа келтіріп, кезекші лаборантқа өткізу керек.

1 тәжірибе қортындысын өңдеу.
Түзілген күкірт қышқылы мөлшерін келесі формуламен есептейміз:

                                    V1NaOH*V11HCl        V2NaOH*V12HCl
GHCl = 0,0365 NNaOH (——————— + ——————)         (10);
                                             V1HCl                    V2HCL
Мұндағы : GHCl – хлорлы сутек мөлшері,г.
0,0365 – 1 мл 1 н сілті ерітіндісіне сәйкес келетін хлорлы сутек мөлшері.
NNaOH – сілті ерітіндісінің нормальдылығы.
V1NaOHжәне V2NaOH – бірінші және екінші склянкадан алынған HClтитрлеуге кеткен сілті ерітіндісі көлемі, мл.
V1HCl және V2HCl – бірінші және екінші склянкадан титрлеуге алынған тұз қышқылы ерітіндісі көлемі, мл.
V11HCl және V12HCl – бірінші және екінші склянкадағы тұз қышқылы ерітіндісі көлемі, мл.
NaClмөлшерін, қоспадағы ас тұзының бастама мөлшерін, бастапқы күкірт қышқылындағы H2SO4және Н2О мөлшерін, қалдық салмағын анықтауды есептейміз.
№1 кесте үлгісі бойынша материалдық баланс кестесін құрамыз.
Теңдеуден (1) шығатын өнімнің максималды мөлшерін анықтайды, яғни Gm(HCl). (4) теңдеуінен өнімнің шығуын анықтайды. Шикізат бойынша NaCl және H2SO4 практикалық және теориялық шығын коэффициентін (8) және (9) формуласы бойынша анықтайды.

1тәжірбие қорытындысын талқылау:
Өнеркәсіптік тәжірбиеден алынған шикізат бойынша шығын коэффициенттерін салыстыру. 1 т 27,5% HClүшін өнеркәсіпте мөлшермен 0,5 т 97% NaClжәне 0,4 т 93% күкірт қышқылы жұмсалады (2, 378 бет). Егер шығу мөлшері өте төмен болса, онда себебін анықтау керек.
2 қондырғы сызбасына сипаттама 49 суретте көрсетілген.

2тәжірбиені орындау әдісі
Пробиркаға 2-3 г натрий хлоридін салып тұзды сулайтындай етіп (2:1) концентрлі күкірт қышқылын құямыз. Пробирканы газөткізгіш түтігі бар тығынмен жабамыз. Түтіктің аяқ жағын 0,5-1 см арақашықтықта пробиркаға су құйып, сонда саламыз. Бірінші пробиркадағы қоспаны ақырындап 5—6 мин қыздырамыз (екінші суы бар пробиркаға қышқылдың асыра кетіп қалмауын қадағалау керек!).
1. Қалыпты жағдайдағы және қатты қыздырғандағы концентрлі күкірт ұышұылы мен натрий хлоридінің арасында жүретін химиялық реакцияны жазу.
2. Екінші пробиркадағы жұқа төменге қарай түскен сызықтың пайда болуы немен байланысты?
3. Неліктен газөткізетін түтік соңы су мөлшерінен 0,5-1,0 см қашықтықта болу керек?
Қондырғы сызбасының сипаттамасы
2. Тұз қышқылының өндірісі
Тұз қышқылының өндірісінде қолданылатын шикізат қасиеттерімен таныстық, енді тұз қышқылын аоу процесімен танысайық.
А. Зертханада тұз қышқылын алу
16 жұмыс. Ас тұзына күкірт қышқылының әсері
(Бұл жұмыс морғыш шкаф астында жүргізіледі)
Пробиркаға ас тұзын саламыз. Таза шыны түтікшені күкірт қышқылы бар склчнкаға 2 – 3 см қашықтықта жібереміз, жоғарғы жағын саусақпен жауып, түтікшені көтереміз, ал түтікшеде біраз күкірт қышқылы қалуы тиіс. Түтікшені пробиркаға апарып, бірнеше тамшы қышқыл тамызамыз (12 сурет).

Не байқадындар?
Пробирканы қолмен сипап көреміз.
Қолды өзіне қарай қозғап желдетіп, бөлінген газ иісін сезуге болады (13 сурет).
Ескерту. Бөлінген газдың иісін әрқашан былай анықтау керек: Бөлінген газ – зиянды, иісі өте улы болады, сондықтан егер сұйықтық склянкада болса, тығынды иіскеуге болады.
Егер пробирка газбен толып, саңылауынан күшті түтін шыға бастаса, пробирканы суы бар тостағанға төңкеру керек.
Егер тәжірбие дұрыс жасалған болса, су пробиркаға кіруі керек.
Бірінші пробирканың қасына су, екіншіге ауамен қоямыз. Пробирка түбі төиен қарап тұру керек.
Екінші пробиркаға су кіреді ма?
Күкірт қышқылының ас тұзымен әрекеттескенінде газ бөлінеді. Бұл газ – хлорлы сутек деп аталады.
Су пробиркаға хлорлы сутекпен бірге кірді. Бұдан хлорлы сутек пробирка астындағы тостағандағы суда еріді деп түсіндіруге болады, судың үстіндегі пробиркада сумен сұйылтыла бастаған сұйылтылған кеңістік пайда болды.
Хлорлы сутектің судағы ерітіндісі тұз қышқылы деп аталады.
17 жұмыс. Тұз қышқылын алу.
Тұз қышқылы хлорлы сутектің суды ұзақ уақыт жүтуымен дайындалады. Хлорлы сутек алдынғы жұмыстан белгілі, ас тұзына күкірт қышқылының әрекетімен алынады. Тасқынды реакция болмауы үшін күкірт қышқылының бірнеше сұйылтылғанын алуымыз керек (50 ).

Тұқ қышқылын алу үшін қажетті құрылғы 14 суретте көрсетілген. а колбасында ас тұзын күкірт қышқылымен қыздырамыз. Колбада түзілген газ – хлорлы сутек сумен жұтылып тұз қышқылын түзетін б склянкасына түседі.
Оқытушыдан құрылғыларды қалай құрау керегі туралы нұсқау алып, 14 суреттегідей құрылғыны құрамыз.
1. Шыны түтікшені екі жерден тік бұрыш етіп бүгеміз. а1 колбасына сай тығын таңдаймыз. Тығынғы түтікшені орналастырамыз, ал тығынды колбаға орналастырамыз. Міндетті түрде тығыннын колбадан ауа шығармайтынына көз жеткізуіміз керек.
Сақинасы және қысқышы бар штатив дайындау керек. Сақинасына торды орналастырамыз. Колбаны торға қойып, мойнын қысқышпен қысамыз (қатты қыспаймыз, себебі ол басылып қалмау үшін).
Күкірт қышқылының ерітіндісін дайындау үшін өз аспабыныздың колбасын қолдаңыз.
2) қысқыштан колбаны босатып, ішіне 50 см3 су құйыныз,су мөлшерін мензуркамен өлшеп. 50 см3 күкірт қышқылын мөлшерлеп бертіндеп құйыңыз.әр бір су порциясынан кейін колбаны сұытыңыз,сыртынан суық сумен құю арқылы.
Суытылған күкірт қышқылының ерітіндісін цилиндрға құйыңыз және ареометр көмегімен салыстырмалы салмағын өлшеңіз. Егер 1,48 және 1,58 аралығында жатса,ол ерітіндіні жұмысқа қолдануға болады. Ал керісінше болса ,аз мөлшерде су немесе қышқыл құйып қайтадан салыстырмалы салмағын анықтаңыз.
Техникалық таразыда 60г тұз өлшеп оны колбаға себіңіз, үстіңе дайындаған қышқыл ерітіндісін құйыңыз.
б 1 сауытына 50 см3 су құйыныз. Колбаның аузын жауып және трубканы судың басына дейін жеткенінше сауытқа салыңыз,бірақ суға тимеуі керек. Колбаны қысқышпенен қысыңыз.
3) Колбаны қыздырыңыз,ауа шығу үшін басында сауыт ашық тұрады. Осыдан кейін қандай құбылыс болатынын байқаңыздар.
Түтіннің шыққаның байкағандарында,шыныны мақтамен жабыңыз. Сауытқа түсетін сұйықтыққа қараңдар. Бұл - тұз қышқылы, колбадан газ бөлініп болған соң, қыздыруды тоқтатыңдар. Суығаның күтіңдер. Болған соң бөліңдер. Колба мен сауытты тығынмен жауыңдар. Трубканы сумен шайыңдар.
Колбаға су құйыңдар,қыздырып сұйықтықты төгіндер, колбаны жуып қойыңдар.
Сонымен ас тұзы мен күкірт қышқылынан екі жаңа зат - хлор сутек және сульфат пайда болды.
Алынған заттардан жаңа зат пайда болады оны химиялық құбылыс немесе химиялық реакция деп аталады

Тұз қышқылының қасиеті
Келесі төмендегі жұмыстарда алынған тұз қышқылының қасиетімен таныс боласыңдар:1) түсімен; 2) иісімен; 3) дәмімен; 4) лакмус ерітіндісіне әрекетімен; 5) салыстырмалы салмағымен; 6) кейбір металдарға әрекетімен.
18 Жұмыс. Тұз қышқылының физикалық қасиеті.
1. Алынған тұз қышқылының түсіне көңіл аударыңыздар және лабораториядағы тұз қышқылымен екі сұрыпты салыстырыңыздар:а) техникалық тұз қышқылы яғни зауытта алынған және тазартылмаған және б)химиялық,тазартылған.
2. Алынған тұз қышқылының иісімен танысыңыз.
3. Таза пробиркаға жартысына дейін су құйып шыны трубка арқылы бир тамшы тұз қышқылын құйыңыз.Араластырып дәмін татыңыз.
4. Тұздың салыстырмалы салмағын және Бром градусындағы беріктілікті анықтаңыз
Тәжірибені бастамай тұрып хлор сутегінің суда еруінен тұз қышқылы түзілгенін естеріне түсіріндер.
Тұз қышқылының тығыздығына қандай тұжырымға келуге болады?
Цилиндрға 17-ші жұмыстағы тұз қышқылын құйыныз,ареометрді салып және көрсеткішін оқыңыз. 8) Егер де тұз мүлдем аз болса,екі жұмысты біріктіріп цилиндрға құйыңыз. Мықты техникалық және химиялық таза тұз қышқылымен дәл солай істеніз.

2 АНАЛИЗ ЖҮРГІЗУДІҢ ӘДІСТЕРІ
2.1 Ареометрмен тұз қышқылының концентрациясын анықтау
Қышқылды цилиндрға, ареометр мен термометрді салғанда шетіне дейін толатындай құямыз. Қыщқыл температурасы тұрақтанғанда өлшемдерін өлшейді, сонымен қатар ареометр термометр мен цилиндрдің шынысына тимеюуі керек.
Ареометр қышқылдың тығыздығын көрсетеді,таблица көмегімен берілген температурада анықталатын заттың проценттік құрамын табасындар

2.2 НС1 құрамындағы қышқылды анықтау
НС1 құрамындағы қышқылды анықтау тұз қышқылының нақты мөлшерін титрлеу арқылы жүргізіледі, конустық колбада орналасқан ,натрий гидроксид ерітіндісін индикатор қатысында, қызыл түстен сары немесе сарғылт түске ауысуы.
НСI құрамын мына формула арқылы табады:

Мұндағы V-нақты 1н натрий гидроксид ерітіндісінің көлемі,титрге кеткен,мл;
m - қышқылдың нақты мөлшері, г;
0,03646 –НСI массасы , 1 мл нақты 1н NaOH ерітіндісі, г.

2.3. H2SO4 құрамын анықтау
Ерітінділер
Ацетон
Буферлікерітінді ... .
Аскорбинқышқылы
BaCI2 – 0,01 нсулы ерітінді.
К – индикатор.

Күкірт қышқылын барий сульфатына ауыстырады,тұзды нефелометриялық немесе титриметриялық әдісімен анықтайды.

Титриметриялық әдіс

Күкірт қышқылының нақты мөлшерін (30 г шамасындай) фарфор ыдысына ауыстырады және ақырын буландырады 20 мл дейін. Ерітіндіні 250мл өлшегіш колбага ауыстырады және белгісіне дейін су құяды, 6 млді конустық колбаға ауыстырады, 5 мл буферлік ерітіндіні қосады және де ацетонды, содан кейін аскорбин қышқылын қосады (4 - 5 мг), индикатор ақырында титрлейді 0,1н BaCI2 ерітіндісімен, күлгін түстен ашық көгілдір түске дейін.
H2SO4 құрамын SO3 қайтадан мына формуламен есептейді (%) :
H2SO4= (2)
Мұндағы V – 0,01н ВаС12мөлшері , анализденетін сынаманы титрлеуге кеткен, мл;
V0 –0,01н ВаС12мөлшері, тексеру титріне кеткен, мл;
0,00040 – SO3мөлшері, 1 мл 0,01н ВаС12ерітінді, г;
m -күкірт қышқылының нақты мөлшері, г.

2.4 Темір құрамын анықтау

Темір құрамын колориметриялық сульфосалицил әдісімен анықтайды, сульфосалицил қышқылы темір тұздарымен комплекс қосылыстарын түзеді. Сілтілік ортада бұл реактив сары түс береді Fe3+ ионымен және Fe2+ ионымен де. Бояу лезде және ұзақ уақытта таралады. Қышқыл ерітіндіде (рН=1,8–2,5) тек қана Fe3+ комплекс қосылыстарын түзеді, қызыл бояуын береді. Анықталған бояуды фотоколориметрде анықтайды.
Реактивтер:
Аммиак , 25%-тік ерітінді.
Сульфосалицил қышқылы, 20-тік ерітінді.
Гидроксиламин.
Темірдің стандартты ерітіндісі: темір аммонийлі соли железоаммонийных квасцов; 6,0397 гсуда ерітеді, құрамында 25 мл 16%-тік күкірт қышқыл ерітіндісі және сумен ерітінді көлемін 1 л дейін жеткізеді (1 мл алынған ерітіндінің құрамында 1 мг Fe2O3болуй керек).
Градирлік графикасын құру: 50 мл бес өлшегіш колбаға концентрациясы 50 мкгмл Fe2O3 стандартты 1; 2; 4; 6; 10 мл ерітінділерін сыйдырады, 10 мл сульфосалицилқышқылын құяды және аммиак ерітіндісімен қызыл түстен сары түске дейін бейтараптандырады. 3 - 4 тамшы аммиак қосады, кюветте ұзындығы 10, 30 или 50 ммфотоэлектроколориметрде ФЭК М – 56 түстіфильтрмен № 4 немесе толқын ұзындығы = 430нм оптималды тығыздығын өлшейді
Анализ жүру барысы:
Күкірт қышқылының нақты мөлшерін (5 - 10г) 250 см3 өлшегіш колбаға ауыстырады,дұрыс шайкайды, аликвоттық бөлігін 50 см3 өлшегіш колбаға бөліп алады, 10 мл сульфосалицил қышқылын қосады. Бірнеше гидроксиламин тұзқышқылының кристалдарын қосады,қызыл түстен сары түске дейін. Содан кейін 3 - 4 тамшы аммиакты қосады, градуирлік графикада көрсетілгендей оптималды тығыздығын анықтайды. Темір құрамын темір оксидінің қайта есебінде мына формуламен анықтайды:
(3)
Мұндағы А – Fe2O3 мөлшері, градуирленген графикпен тапқандағы г;
W –негізгі ерітінді көлемі, мл;
b – негізгі ерітіндінің аликвоттық бөлімі, мл;
g – қышқылдың массасы, г

2.5 Хлор ионының толық құрамын анықтау

Қышқылдағы хлор ионының толық құрамын келесі екі әдіспен анықтауға болады: аргентометриялық және меркуриметриялық.

Хлор ионың аргентометриялық әдіс арқылы анықтау.

Әдістің мазмұны. Хлоридты күміс нитратының артық мөлшерінде тұңдырады. Кейін темір үш валентті катализаторының қатысында аммоний роданидінің ерітіндісімен титрлейді. Ерітіндінің қышқылдық ортасы фосфаттардығ күміс нитраты ерітіндісімен тұнуға кедергі жасайды.
Реактивтар:
0,1 немесе 0,01н аммоний роданиді немесе калий роданиді ерітіндісі
Азотты қышқыл, 6н сұйылтылған ерітіндісі (1:9)
Күміс нитраты, 0,1н ерітіндісі
Темір аммоний кварцы, (ТАК) ерітінді. Суыққа қаныққан теміраммоний кварц ерітіндісіне тамшылатып азот қышқылын құяды, қоңыр өнді түсті ерітінді жоғалғанша.
Төрт хлорлы көміртек.
Күміс нитраты мен калий роданиді ерітінділерінің титр қоңдырғылары.
Установка титра растворов нитрата серебра и роданида калия. Алдымен күміс нитраты мен калий (немесе аммоний) роданиді ерітіндісініңконцентрациялық шоғырлануын табады. Ол үшін конустық колбаға 10 мл күміс нитратының (0,1н немесе 0,01н) ерітіндісін алады, оған 5мл азотты қышқыл мен 1 мл темір аммоний кварцын құяды. Алынған ерітіндіге 0,1н немесе 0,01н роданид ерітіндісімен араластырғанда жоғалмайтын ашық күлгін түс пайда болғанша титрлейді. Тиртлеуге жұмсалған роданид ерітіндісінің миллилитр көлемін 10 ға бөліп концентрация қатынасын(d) аламыз. Кейін конустық колбаға бюреткадан 10 мл натрий хлор ерітіндісін (0,1н немесе 0,01н) құяды, 5 мл азотты қышқылды қосады және бюреткадан концентрацияға сәйкес (0,1н немесе 0,01н) нақты мөлшерде күміс нитратының ерітіндісін құяды. Мысалы, 10мл-ге 1-2 мл ТАК ерітіндісін және 0,1н немесе 0,01н роданид ерітіндісімен шайқағанда 30 секунд ішінде жоғалмайтын күлгін түске боялғанша титрлейді.
Күміс нитраты ерітінді концентрациясына нақты 0,1н(немесе 0,01н) сәйкес К1 түзетуі :
К1 = а в – cd (4)
Роданид ерітінді концентрациясына нақты 0,1н (немесе 0,01н) сәйкес К2 түзетуі:
K2 = K1d = ad в – cd (5)
мұндағы: а - алынған хлорид ерітіндісінің көлемі, мл.
b - қосылған күміс нитраты ерітіндісінің көлемі, мл.
c - титрлеуге жұмсалған роданид ерітіндісінің көлемі, мл
d - AgNO3 және KNCS (немесе NH4CNS) ерітірділерінің концентрация қатынасы.
Анализ жолы. Анализденетін ерітіндінің Навеску немесе аликваталық бөлігін 250 см3 конустыұ колбаға құяды. 50 мл су, 5 мл азотты қышқыл, пипеткамен 10мл нақты дәлдікпен 0,1 н күміс нитрат ерітіндісін, тұнбаның коагуляциясы үшін 2-3 мл төрт хлорлы көміртекті, ТАК қосады. Күміс нитратының қалдығын 0,1н аммоний роданиді ерітіндісімен 1 минутта тұрақты ашық күлгін түс пайда болғанша титрлейді.
Сонымен қатар бір уақытта жоғарыда айтылған реактивтерді қолдана отырып, бос сынамаға анализ жүргізеді.
Есептелуі: хлоридтер мөлшерін % формуламен табады:
(6)
ондағы: V- холостой сынаманы титрлеуге жұмсалған 0,1н аммоний роданидінің ерітіндісінің көлемі, мл;
V- анализденетін сынаманы титрлеуге жұмсалған 0,1н аммоний роданидінің ерітіндісінің көлемі, мл;
К- 0,1н нормальды аммоний роданидінің коэффиценті;
3,546- хлордың мөлшері, эквивалентное содержанию нитрата серебра в 1 мл точно 0.1н раствора AgNO3 млмг;
m- сынама қалқаларының (навески) массасы, г;
а- анализденетін ерітіндінің аликвоталық бөлігі, мл.

Бақылау сұрақтары:
1. Хлорлы сутектің физико-химиялық сипаттары.
2. HCl алу әдістері. Әр әдістің артықшылықтары мен кемшіліктері.
3. Неліктен өнеркәсіпте HCl концентрациясы 37 % жоғары алмайды?
4. HCl шикізаттарының көздері.
5. Как сместить равновесие в процессе получения HCl из элементарных хлора и водорода с целью получения большого выхода продукта?
6. HCl өндірісінде қолданылатын пештердің үлгілері.
7. Суытусыз жүретін хлорлы сутек абсорбция әдісін түсіндіру.
8. Абгаздық (абгазной) тұз қышқылын алу.
9. Жұмыс жүргізу тәртібі.
10. Анализ жүргізу әдісі.
11. Тұз қышқылын алуда күкірт қышқылдық әдістің орны.
12. Тұз қышқылы өндірісінде жабдықтарды коррозиядан қорғау әдістері.
13. Тұз қышқылын қолдану облыстары.
14. Понятие выхода от максимально возможного, равновесный выход, выход от равновесного.
15. Шығын коэффициенттері туралы түсінік.
16. Материалдық баланс түрі, оны құру әдісі.

Лабораториялық жұмыс №2
Техникалық күкірт қышқылының анализі.
Мақсаты: техникалық күкірт қышқылының анализ әдістерін игеру және өнімнің сапасын тексеру.
Тапсырма: Күкірт қышқылының өнім сапасын анықтау. Алынған нәтижелерді өндеу.
Техникалық және инструменттік жабдықтар:
Аналитикалық таразы
Электрлік плитка
Титрлеуге арналған бюретка
Конустық колбалар
Пипеткалар
Түтікшелер
Химиялық стакандар
Фильтр қағазы
Груша

1 ҚЫСҚАША ТЕОРИЯЛЫҚ БӨЛІМ
Техникалық күкірт қышқылы деп купорос майын, олеумді, мұнаралық қышқылды және нитрлеу, сұйытылған азот қышқылын концентрлеу процестерінде өнделген қышқылдардың регенерирлеу нәтижесәнде алынған күкірт қышқылын айтады.
Күкірт қышқылының жеке сорттарын құрамындағы сусыз қышқылына (моногидратта), бос күкірт ангидридіне (олеумде), азот оксидтеріне, ерімеген қоспаларға, темір және нитро қосылыстарына (регенерленген қышқылда) байланысты ажыратылады. Күкірт қышқылы ГОСТ 4204-77 сәйкес шығарылады.
Күкірт қышқылы түссіз, иіссіз, мөлдір, майлы сұйықтық, суда, спиртте ерімейді.
Х.ч., ч.д.а., ч - маркаларына күкірт қышқылының массалық үлесі 93,6-95,6% H2SO4 аспауы керек.
Техникалық күкірт қышқылы ГОСТ 2184-77 сәйкес шығарылады. Техникалық күкірт қышқылы қолданылады: тыңайтқыштар өндіруде, жасанды талшық алуда, капролактама, титан екі тотығында, этил спиртін алуда, анилин бояғыштарын және т.б.өндірістерде. Моногидраттың массалық үлесі 92,5-94,0% H2SO4 құрайды. Бос күкірт ангидридінің массалық үлесі -24 % SO3 артық емес(жоғары олеум үшін), 19 пайыз техникалық олеум үшін. Темірдің массалық үлесі 0,007-0,020 пайыздан артық емес.
Кейбір жағдайда күкірт қышқылының құрамын ерітіндінің тығыздығын концентрациясына байланысты анықтама деректерін қолдана отырып , тығыздығына байланысты табады. Егер тығыздық 200С- та өлшенбесе, онда 200С -қа байланысты құрылған кестеге сәйкес келу үшін температураға өзгеріс еңгізу керек. Сонымен қатар қышқылдың концентрациясына сәйкес құрылған кестедегі тығыздық тек химиялық таза қышқылға арналғанын ескеру керек. Тығыздықтың және концентрацияның бірмәндәләгә ерітіндінің құрамында 94,5% H2SO4 болғанда байқалады. Одан басқа концетрленген ерітінді үшін бірмәнділік бұзылады. Мысалы: тығыздығы 1,84 гсм3 үшін концентрация 95,6-98,72 процент сәйкес келеді.
Сондықтан күкірт қышқылын сілті ерітіндісімен титрлеу арқылы анықтайды. Сонымен катар титрлегенде басқада бос қышқылдар титрленеді. Ол SO42- тұңбасын алу үшін бос қышқылдардың кедергісі жоқ. Бірақ бұл әдіспен анықтау көо уақытты қажет етеді жәнеде тек бос қана емес қосылған қышқыл құрамын көрсетеді.
Егер күкірт қышқылының ерітіндісінде бірталай азотты қылқыл болса, онда соңғы титрді калий перманганатымен титрлеуге болады. Лайланған қышқыл үшін, яғни құрамында мышьяктың қоспасы болса, онда азот оксидін анықтау үшін нитрометрия әдісін қолдану керек. Себебі мышьяктың (VI) оксиді калий перманганатын қайта тотықтырады. Бірақ нитрометрия әдісімен алынған нәтижеге азот нитратыда кіреді.

2 ЖҰМЫС ЖҮРГІЗУ ТӘРТІБІ ЖӘНЕ АЛЫНҒАН НӘТИЖЕЛЕРДІ ӨҢДЕУ
2.1.Күкірт қышқылына сапалық анализ
Иондардың классификациясы бойынша І топқа сульфат-ионының SO42- барий ионымен әрекеттескенде тұз суында қиын еритін ерітінді түзетін иондар жатады.
1. Сульфат-ионың анықтауға сапалық реакция.
2-3 тамшы сульфат ерітіндісіне тұз қышқылын қышқылдық реакция түзгенше қосып, 2-3 тамшы барий хлоридінің ерітіндісін тамшылатыңыз. Ақ түсті тұңба түзіледі.
SО42-+ВаС12=ВаSО4↓+2С1- (23)
барий сульфатының тұңбасы минералды қышқылдарда ерімейді (HCl, HNO3, HF және басқалары)

2.2 Күкірт қышқылына сандық анализ.
Күкірт қышқылының құрамын және бос күкірт ангидридін анықтау.

Реактивтер:
NaOH – 0,1н немесе 0,5н ерітіндісі
қызыл метил индикаторы 0,5%
5г сынамалы қышқыл 0,0002 г дәлдікпен бюксте өлшенеді және 150 мл су құйылған 250 мл өлшегіш колбаға салынады. Негізгі ерітіндіні 200С дейін суытып, белгіге дейін су қосады және жақсылап араластырады. Колбадан пипеткамен 50 мл ерітінді алып, 250 мл конустық колбаға құяды. Метил қызыл индикаторының қатысында 0,5н NaOH ерітіндісінде, ерітінді қызыл түстен сары түске ауысқанша титрлейді.
Моногидрат құрамы Х (%) мына формуламен табылады:

(24)
ондағы V- титрлеуге жұмсалған 0,5н NaOH ерітіндісінің көлемі,мл;
g- сынамалы қылқыл навеска, г;
0,02454 – H2So4 массасы.

Күкірт ангидридінің ортақ құрамы анықталады:
(25)
ондағы V- титрлеуге жұмсалған 0,5н NaOH ерітіндісінің көлемі,мл;
g- сынамалы қылқыл навеска, г;
0,02001- SO3 құрамы.

2.3.Азот оксидтерінің құрамын анықтау

Күкірт қышқылында азот оксидтерін колориметриялық әдіс арқылы алады.
Реактивтер:
Натрий азотты қышқылы
Тұз қышқылы, 1:1 қатынасында ерітілген
Сульфаниламид ( ақ срептоцид, медициналық порошок)
Бромгодрат этил-α- нафтиламин, спирттен кристализацияланған

500 мл өлшегіш колбаға 350-400мл су құяды. Оған 10 мл пипеткамен сынамалы қышқыл қосады: контактты жақсыдан -10мл, мұнаралықтан – 1мл, регенерирленгеннен-5 мл. Ерітіндіге белгіге дейін су қосып, араластырады.
Қышқылды тексерер алдында сұйылтады. 50 мл цилиндрге 5 мл су, 1 мл HСl ерітіндісін, 5 мл сульфаниламин ерітіндісін, 1 мл бромгидрат этил- α -нафтиламин және сынамалы қышқыл ерітіндісін: контактты жақсыдан -10мл, мұнаралықтан – 10мл, регенерирленгеннен - 5 мл құяды.
Цилиндрге белгілі бір мөлшерде су қосады (эталондық ерітінділерді дайындауға арналған шкалада көрсетілгендей). Жақсылап араластырады. 10 -15мин кейін эталонға сәйкес түсті салыстырады. Азот оксидін (N2О3) процентпен мына формула бойынша анықтайды:
Контактталық жаксарған қышқыл үшін:
(26)
мұнаралық қышқыл үшін:
(27)
регенерирленген қышқыл үшін:
(28)
ондағы: V- сынамалы ерітіндіге сәйкес келетін эталонды ерітіндінің көлемі, мл;
р- сынамалы қышқылдың тығыздығы, гсм3.
Эталон шкаласын тұрғызу. Сыйымдылығы 50 мл цилиндрге 5 мл су, 1 мл HCl ерітіндісін (1:1), 5 мл 0,2 %-тік сульфаниламид ерітіндісін, 1 мл 0,3% - тік спиртті бромгидратэтил-α-нафтиламид ерітіндісін құяды. Артынша Б ерітіндісін: жетілдірілген қышқылға - 0,2; 0,6 және 0,8 мл; мұнаралы және регенерициялық қышқылға 5; 10; 15; 20 мл қосады. Бастапқы көлемдік жағдайдағы ерітндіге 25 мл сумен жеткізеді, екінші жағдайда – 50 мл дейін қосып араластырады. Толық түс өзгеру қышқылды қосқанан кейін 10 - 15 мин белгілі болады.
Шкаласы 2 ай уақытта нық көрінеді
Ескерту: Эталон ерітіндісін дайындауға 0,1816 г 100% - к NaNO2 (натрий нитриді ГОСТ 4197 - 66) өлшегіш колбаға 1 л суға тұзды ерітеді, ерітіндіні белгіге дейін сумен жеткізіп араластырады; нәтижесінде А ерітіндісін алады, 0,1 мл N2O3 1 млда. Б ерітіндісін А ерітіндісін қосу арқылы дайындайды. 10 мл А ерітіндісін өлшегіш колбаға 1 л дейін сумен жеткізеді; 1 мл Б ерітіндісі 0,001 мг N2O3 сәйкес келеді.

2.4 Темірдің құрамын сульфосалицил қышқылымен
колориметрялық әдіспен анықтау
Әдіс мазмұны: Үшвалентті темірді сульфосалицилді қышқылдың аммиактағы ерітіндісінде рН = 8,5-11,5 ішкі комплексті байланыста алады, сары түске боялғанда. Екі валентті темір сілтінің ішінде қышқылдық ауада тотығады. Бояғыш тез әрі тұрақты ұзақ уақыта жетіледі. Максималді сіңіру λ = 427 нм байқалады. Боялған байланыстың диссоциациясын тоқтату және ерекшелігіне әсері алюминийдің, кальцийдің, магнийдің сульфосалицил қышқылын арттырады. Темірді осы әдіспен анықтағанда фосфат иондарының қатысында өткізеді.

Реактивтер:
Сулы аммимак, 25% ерітінді
Сульфосалицил қышқылы, 20% ерітінді
Темір нитриді стандартты ерітіндіде (10грамм)

Анализдің жүруі. Бастапқы ерітіндінің аликвотты бөлігін (5 - 10 мл) сыйымдылығы 50 мл өлшегіш колбаға орналастырады, оған 10 мл сульфосалициль қышқылын құяды және аммиакпен ерітіндінің түсі қызғылтымнан сары түске өзгергенше бейтараптайды. Сосын 2 - 5 тамшы аммиак тамызады, ерітінді көлемін белгіге дейін сумен жеткізеді. 10 мин кейін ұзын кюветкада 10 мм қатынасында бос сынамада колориметрлейді фотоэлектроколориметрияда: ФЭК - 56 жарықфильтрімен №4 немесе спектрофотометрдет λ = 430 нм.
Темір оксидінің мөлшері ерітіндінің аликвоталы бөлігі ерітіндісі тікелей калибрде орналасады, темір нитридінің стандартты ерітіндісінің мөлшерінің құрылуында пайдаланады. Құрамына сәйкес 0 - 500 мкг Fe2O3 50мл.
Есеп: темір оксидінің (ІІІ) құрамындағы темір мөлшерін мына формуламен есептейді:
(29)
мұндағы - темір оксидінің құрамы, тікелей калибрлеп табылғаны, мкг
W - негізгі ерітінді мөлшері, мл
А - мысал өлшемі,
В -бастапқы ерітіндінің аликвоталы бөлігі, мл
Мысалда 1-5 % Fe2O3 cалыстырмалы қателігі 5-2 % құрайды.
БАҚЫЛАУ СҰРАҚТАРЫ
1. Шикізат түрі және сапалы өнімге әсері.
2. Күкірт қышқылының алыну әдісі және салыстырмалы сипаттама әдісі.
3. Сульфат-ионының (SO42-) сапалы анализі.
4. Күкірт қышқылының анализденетін әдістемесінің мазмұны және бос күкірт ангидриді (SO3).
5. Темір оксидінің анализденетін әдістемесінің мазмұны.
6. Қандай белгісімен күкірт қышқылын басқа минералды қышқылдарда ажыратады?
7. Контактілі және техникалық күкірт қышқылының құрамы.

Зертханалық жұмыс №3 Экстракциялық фосфор
қышқылын алу.
Мақсат: Экстракциялық фосфор қышқылын табиғи фосфатты күкірт қышқылынан дүркін - дүркін және жартылай жағдайда практикалық процессін үйрену.
Тапсырма: Күкірт қышқылының шығынын және ЭФК алу үшін қосылған ертінідіның мөлшерін берілген фосфор құрамынан анықтау. Экстракция және фильтрлеп суспензияны алуды өткізу. Берілген химиялық анализден технологиялық процесстің көрсеткішін есептеу.
Құрылғылар, техникалық және аспаптық құралдар:
ЭФК алуды құрылғысы
Фильтрлеу құрылғысы
Кептіргіш шкаф
Химиялық ыдыстар
Аналитикалық және техникалық таразы
Фотоэлектроколориметр
Электрплита
1 Қысқаша теориялық таныстыру
Экстракциялық фосфор қышқылын фосфор шикізатын күкірт қышқылынан ажырату арқылы алады. Бастапқы шикізатқа құрамына тәуелді және экстракция режимі қышқылда әр түрлі қоспада сақталады: магний, кальций, темір, алюминий, фтор, күкірт қышқылы байланысынды.
Фосфор шикізатының ыдыратудың басты реакциясы:

Ca5F(PO4)3+5H2SO4+5nH2O=5CaSO4nH2O+3H3PO4+HF (30)

Фосфаттың ыдырауы 4 - 6 сағат ішінде ерітіндінің қатысуымен (фосфор қышқылы) шикізаттың максималды жетістіке жеткенше өткізіледі , сондықтан басында фосфат ажырайды ерітіндіні қосқанда:

Ca5F(PO4)3+(7+m)HЗРO4=5Ca(Н2РО4)2+mH3PO4+HF (31)

Сосын түзілген Ca(H2PO4)2 75 - 93% күкірт қышқылының концентрациясы сезіледі Н3РО4 қатысында:

Ca(Н2PO4)2+H2SO4+mH3PO4+nH2O=CaSO4nH2O+(m+2)H3PO4 (32)

Солуақытта басқа минералдардың ыдырауы жүреді, табиға фосфаттың құрамында(темір мен алюминийдің байланысы, кальций карбонаты мен магнийдің, т.б)
Режим экстракции определяется формой образующегося кристаллогидрата сульфата кальция - ангидрита CaSO4, полугидрата CaSO40,5H2O или дигидрата CaSO42H2O и носит соответствующее название.
Дегидратация режимі 65 - 80°С температурада және Р2О5 концентрациясы сұйық фазада қойртпағы 18 - 32 %, полугидратный 90 - 100°С температурада, ал Р2О5 концентрациясы 35 - 48%, ангидритті 105-115°С температурада, ал Р2О5 концентрациясы 50% көбірек.
Қозғалмалы және ірі қойыртпақты алу үшін:хорошо фильтрующих кристаллов сульфата кальция поддерживают отношение между жидкой и твердой фазами пульпы в пределах от 2,5:1 до 3,5:1 с помощью раствора разбавления (раствора фосфорной кислоты концентрации 14-16% P2O5). Следовательно, разложение фосфатного сырья практически ведется смесью серной и фосфорной кислот по реакции:

Ca5F(PO4)3+5H2SO4+mH3PO4+5nH2O =5CaSO4nH2O+(m+3)H3PO4+HF (33)

1.1 Күкірт қышқылының және қосылған ерітіндінің шығынын есептеу.

Күкір қышқылының және қосылған ерітіндінің шығынын берілген фосфор шикізатының анықталған құрамымен есптейді. Күкірт қышқылының шығынын апатиттың ажырауындағы концентраты немесе фосфор ұнынан есептейді. (Расход серной кислоты для разложения апатитового концентрата или фосфоритной муки рассчитывают по содержанию в них СаО.)
Күкірт қышқылының шығынын массасына ыдырағанда 100 масс. фосфат шикізатының бөлігін формула бойынша есптейді:
(34)
мұндағы, а - фосфор шикізаты құрамындағы СаО,%
С - күкірт қышқылының концентрациясы, %
98 немсее 56 күкірт қышқылының молярлық массасы және СаО
N - күкірт қышқылының орташасы
Күкірт қышқылының (V) шығыны:
V = (35)
мұндағы, ρ- күкірт қышқылының ерітіндісіндегі берілген концентрацияның тығыздығы, гсм3
Қосылған ерітіндінің шығынын(W)мына формула бойынша есптейді:
W = F - (100 + S - G), (36)
мұнда, F - фосфат шикізатынын 100 масс. бөлшектерінен шыққын өнім пульпаларынын анықталу формуласы :
F = 100 Г (n+1), (37)
Г – гипс саны немесе құрғақ фосфогипс шығмынын фосфат шикізатынан алынуы (фосфат шикізатынын құрамындағы есептелген СаО және ерімеген қалдық бойынша). Аппатит концентратында Г = 1,6, фосфоритта Г = 1,3 - 1,5. Фосфариттін құрамы тұрақсыз болғандықтан, гипс санын әрбір жағдайда есептеу керек;
n – Ж:Т пульпада көрсетілген қатынас (шамасы 2,5:1 - 3,5:1);
G - газ күйінде судын көміртек диоксидінін жоғалу массасы, фосфат шикізатынын фтордын 100 масс.бөлшектерге ыдырауы кезінде.

Есептеу мысалы: массасы 100г фосфор ұнына, құрамы: P2O5 - 24,5%, F -2,0%, CO2 - 6,5%, MgO - 2,5%, CaO - 39,8%, ерімеген қалдық (н.о.) - 14%. Күкірт қышқылынын концентрациясы -75%, норма - 105% стехиометриялық өлшеміне байланысты, қабылданатын қатынас Ж:Т экстрационды пульпада 3:1, 100г фосфор ұнтағында буланған судын массасы - 3 г; считаем, что в газовую фазу выделяется весь диоксид углерода и 25% фтористых соединений.
Фосфогипстын массасын есептейміз, онын құрамында CaSO4·2H2O және ерімеген фосфат шикізатынын қалдығы бар:
(38)
мұнда 56 және 172 – СаО и CaSO4·2 H2O молярлы массалары.

Онда гипстық сан: (39)
Концентрациясы 75% болғандағы күкірт қышқылынын шығымы H2SO4 (тығыздығы 1,669 гсм3):

немесе97,3г (40)
Пульпа шығымы: (41)
Жоғалған газ массасы: G = 6,5 + 3 + 2· 0,25 = 10 г (42)
Сұйылтылған ерітіндінін шығымы: W= 681,21 - (100 + 97,3 - 10)= 493,91 г (43)

2 ҚҰРЫЛҒЫНЫН СИПАТТАМАСЫ

Зертханалық құрылғы фосфор қышқылын алу үшін қосылады реактор-стақан 400 - 500 мл бір немесе екі аралыстырғышпен, элетромоторларын қозғалысқа келуіне. Стақан қақпағының тесігінен (отверстие) шығарылған зат өндіріледі және пульпадан өлшемдер алынады. Реакторға су термостаты қойылған 9, электржылытқышпен жабдықталған 6, арнайы температураға қойылған. Берілген температура реле 8 арқылы тұрады, жылытқыш 6 арқылы байланысады және контакт термометрмен 7. Экстракция процессінде судың буы таралмау үшін реактор кері тоназытқышпен 3 жабдықталған.

3 СУРЕТ. ЭФК алу құрылғысынын схемасы:
1 - колба, 2 – воронка, 3 – керітоназытқыш, 4 – моторчик, 5 – араластырғыш, 6 – жылытқыш, 7 – контактылы термометр, 8 – реле, 9 - термостат.

3 ЖҰМЫСТЫН ЖАСАЛУ РЕТІ ЖӘНЕ АЛЫНҒАН АНАЛИЗДЕРДІ ӨНДЕУ

Арналған реакторға 1, фосфор қышқылын алу үшін, мөлшер мен сұйытылған ерітінді және күкірт қышқылын құяды, реакторды 70 – 100 градусқа дейін су термостатына салады, экстракция мөлшеріне қарай, содан кейін араластырғышты қосады 5. Қоспа ерітіндерді қосқаннан кейін 30 мин ішінде араластырғыш істеп тұрған кезінде, аздап реакторға арналған мөлшермен ұсақталған фосфат шикізат қосады және реакция уақытың белгілейді. Мұғаліммен келісіп бастапқы затты реакторға жіктеуге осылай болады: сұйытылған ерітінді – фосфатты шикізат – күкірт қышқылы. Реакцияның уақытың Время начала реакции в этом случае отмечают от момента смешения фосфатного сырья с раствором разбавления. Фосфат шикізаттың ыдырауы 2 - 4 сағат ішінде жүреді.
Тәжірибе аяқталған кейін экстракционды пульпаны Бюхнердің воронкасында фильтрленеді, Бунзен колбасында вакуум жасаланады (4 сур.).
Алдын ала воронканы фильтрға орнатады,содан кейін фильтр құралына разряд құрайды. Сол үшін жабық кранда 3 вакуум – насосты қосады, кран 6 көмегімен разряд қосады 0,04 - 0,05 Мпа ,вакуумметрмен 2 өлшенеді. Ары қарай экстракциялық пульпаны воронканы ауыстырады, сонымен қатар кран 3 ашады да секундомер арқылы фильтрленеді және уақытын белгілейді. Отмечают время, в течение которого поверхность осадка на фильтре освобождается от жидкости (так называемое время “грубого отсоса” или время “осветления” поверхности осадка). Содан кейін фильтрлеуді жалғастырады және тамшы тамуының толық тоқтауын воронкадан уақытың белгілейді. Затем продолжают фильтрование и отмечают время полного прекращения выделения капель жидкости из воронки (время “сушки осадка”).
Содан фильтраты алдын ала өлшенген мензуркаға құяды, фильтраттың көлемін, оның салмағың анықтайды. Воронкадағы тұнбаны 60 - 700C дейін жылытып 2 – 3 рет дистилленген сумен жуады, суды құйған сайын воронкадағы тұңбаның бетін 0,5 – 1 см жабуы керек. Шайған суды фильтраттан бөлек жинайды, оның көлемі мен салмағын анықтайды. Тұңбаны (фосфогипс)
воронкадан ақырыналады, фарфор ыдысына салады, 100 - 1050C дейін кептіріледі тұрақты салмаққа дейін. Мұғалімнің тапсырмасы бойынша құрғақ фосфогипстын салмағын анықтау керек болса алдын ала өлшенген фарфор ыдысында сулы тұңбаны кептіреді және сулы тұңба мен құрғақ тұңбаны өлшейді. Фильтратта және шайылған суда Р2O5 құрамын фотоколориметр әдісімен анықтайды, фосфогипсте Р2O5 общ., Р2O5 водн., Р2O5своб құрамын анықтайды.
Егер мұғалімнің тапсырмасы бойынша процестін кинетикасын анықтау керек болса, экстракция процесінде әрбір жарты сағат сайын шыны трубкамен және резеңке грушамен 5 - 10мл пульпа алады. Пульпа өлшемесін қағаз фильтрмен фильтрлейді. Фильтрленген сұйық фазаны алдын ала аналитикалық таразда өлшенген бюксқа құйып оны 0,0002г дәлдікпен массасын өлшейді. Содан кейін бюкстағы өлшемені дистильденген сумен шайып көлемі 250см3 колбаға құяды, колбадағы ертіндіні белгісіне дейін сумен сұйылтады және араластырады. Ертіндіде H3PO4 және H2SO4 құрамын көлемдік әдіспен анықтайды.

4СУРЕТ. Фильтрлейтін құрылғынын схемасы:
1 – колба Бунзена, 2 – вакуумметр, 3,6 – крандар, 4 – воронка Бюхнер, 5 – буферная емкость.

4АНАЛИЗ ЖҮРГІЗУ ӘДІСІ
4.1 Өлшемдердегі (в пробах ) Р2O5 анықтау

Дәлдігі 0,001г болатын Аналитикалық таразыда массасы 1-2г болатын фосфогипсты өлшейді, көлемі 250 мл болатын өлшегіш колбаға салады. 25мл концентірленген азот қышқылынын ерітіндісін және 10 мл концентірленген тұз қышқылын қосады, шынымен бетін жауып әлсіз отта 30 мин қайнатады, (накрывают часовым стеклом и кипятят на медленном огне 30 мин,) ерітінді буланған сайын су қосылады көлемі 50мл болатындай. (добавляя воду по мере упаривания раствора до объема примерно 50мл.) Ерітінді суығаннан кейін дистильденген суды белгісіне дейін құяды, араластырып фильтірлейді, фильтраттын бірінші порциясын ескермейді, (отбрасывая первые порции фильтрата). Пипеткамен 1мл фильтрат өлшеп алады және 100 мл өлшегіш колбаға құйып 50мл дейін су құяды, 25 мл фосфаттын реактивін қосады (Г ерітіндісі) және белгісіне дейін су құяды. 20 - 25мин кейін оптикалық тығыздығын салыстырма ерітінді қатысында салыстыра өлшейді.
Салыстырма еітіндісін өлшеммен бірге дайындайды, 100мл өлшегіш колбаға 25 мл Г ерітіндісін құяды және белгісіне дейін дистильденген су құяды. Салыстырма ерітіндісін (Раствор сравнения) Р2O5 ортақ формасын анықтау үшін қолданады және бір рет дайындайды.
P2O5 құрамын келесі формуламен есептейді:
Р2O5 общ = (44)

Мұнда, m1 - масса Р2O5, найденная по калибровочному графику, мг;
m2 – анализденетін заттын массасы, г;
V1 –өлшегіш колба көлемі, мл;
V2 – анализденетін ерітінді көлемі, анализге алынған, мл.

4.2 Фосфогипстегі Р2O5 суда еритін және бос формасын анықтау

4-5 г фосфогипсты дәлдігі 0,001г болатын аналитикалық таразыда өлшеп, көлемі 500мл болатын өлшегіш колбаға салады. Өлшемеге 400 мл су құйып дереу араластырады, камок болмас үшін. Колбаны тығынмен жауып араластырғыш аппаратқа орнатады. 30 мин өткеннен кейін колбадағыны сызығына дейін жеткізеді, құрғақ фильтр“белая лента”арқылы құрғақ ыдысқа фильтірлейді, фильтраттын бірінші порциясын ескермейді.
1 мл фильтрат алып оны 100мл өлшегіш колбаға құяды. Ерітіндіге 2 мл тұз қышқылынын ерітіндісін (20% HСl) және 15 - 20 мл су құяды, 5 - 10 мин қайнатады. Суытып 50 мл су құяды, сосын 25 мл Г ерітіндісін қосып,белгісіне дейін су құяды,араластырып кейін анализдейді және P2O5 ортақ формасы бойыншаесептейді.
P2O5 бос формасын анықтау үшін, P2O5 сумен алынған фильтратынын 50 мл пипеткамен конусты колбаға құяды, 100 - 150 мл сумен сұйылтады 3 - 5 тамшы метиоранж тамызып 0,1M NaOH ерітіндісімен қызғылт түстен сары түске ауысқанға дейін титірлейді. P2O5 бос құрамын келесі формуламен есептейді:

P2O5 своб = (45)

мұнда, V1 - титірлеуге кеткен 0,1M NaOH ерітіндісінін көлемі, мл;
m - фосфогипс өлшемесінін массасы, г;
0,0071 - P2O5 массасы, 1 мл 0,1 M NaOH ерітіндісіне сәйкес, гдм3;
500 – P2O5 сумен алған кездегіерітіндінін ортақ көлемі, мл;
50 – титірлеуге алынған анализденетін ерітінді көлемі, мл.

4.3 фосфорқышқылында және шайылған судағы P2O5 құрамы.
4-5 г фосфор қышқылын немесе суды аналитикалық таразыда 0,001г дәлдікте өлшейді және 250мл көлемді өлшегіш колбаға құяды.Ерітіндіні дистиллденген сумен белгісіне дейін жеткізіп сұйылтады, араластырып фильтрлейді. Бірінші жағдайда 1 мл фильтрат және екінші жағдайда 2 мл фильтрат алып 100мл көлемдегі өлшегіш колбаға құяды, 2 мл 20%-тік HСl ерітіндісін құяды. 5-10 минут қыздырады. 50 мл су және 25мл Г ерітіндісін құйып, белгісіне дейін сумен жеткізіп, 30 минуттан соң фотоколлориметрде салыстырмалы ерітіндімен салыстыра отырып, оптикалық тығыздығын анықтайды. Ары қарай фосфогипстегі P2O5жалпы анықтағандай жасаймыз.

4.4 Көлемдік әдіспен фильтрат құрамындағы фосфор және күкірт қышқылы мөлшерін анықтау

Фосфор қышқылын алудағы экстракциялық әдісте сұйық фазада күкірт қышқылының белгілі бір мөлшері болған кезде процесс аяқталады. Ол жетіспегенде фосфор қышқылы фосфаттың бірнеше мөлшерін кальций дигидрофосфатының түзілуімен ерітіп жібереді.
Фосфор қышқылы мен кальций дигидрофосфатының мөлшерін көлемдік әдіспен анықтауда бірінші, метилоранж қатысында, кейін фенолфталеин қатысында күйдіргіш натрмен титрлейді.
Бірінші күкірт қышқылының екі сутегінде және фосфор қышқылының бір ионын титрлеу реакциясы келесідей:
2H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O (46)
H3PO4+NaOH=NaH2PO4+H2O (47)
Екінші фосфор қышқылының екінші сутек ионын және бір кальций фосфатын ауыстыратын ионды титрлейміз:
NaH2PO4+NaOH=Na2HPO4+H2O (48)
Ca(H2PO4)2+2NaOH=CaHPO4+Na2HPO4+2H2O (49)

Анализдің жүруі. Фильтрлеуден алынған қышқыл ерітіндіден пипеткамен 25млалып, 250-300 млкөлемді конусты колбаға құйып, 2-3 тамшы метилоранж тамызып, 0,1M NaOH ерітіндісімен қызғылттан сары түске дейін ауысқанша титрлейміз. Содан соң ерітіндіге 1-2 тамшы фенолфталеин тамызып 0,1M NaOH ерітіндісімен қызғылт түс пайда болғанша титрлейміз.
Екінші титрлеуге кеткен NaOH ерітіндісінің көлемін белгілейміз. Егер ав болса, онда ерітіндіде күкірт және фосфор қышқылы бар деген сөз. Олардың мөлшерін келесі формуламен табуға болады:
(50)
(51)
мұндағы g –анализ үшін алынған фильтрат массасы, г
Егер ав болса, онда ерітіндіге фосфор қышқылы мен кальций дигидрофосфаты қатысады. Оның мөлшерін келесі формуламен табады:
(52)
(53)

5 ПРОЦЕСТІҢ НЕГІЗГІ ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ КӨРСЕТКІШТЕРІН ЕСЕПТЕУ

5.1 P2O5ерітіндіге өту коэффициенті(Kөту), %:

Kөту = (54)
мұндағы P2O5жалпы, P2O5сулы, P2O5фосф–ылғалды фосфоргипсте және фосфориттегі жалпы және суда еритін формаларының проценттік мөлшері;
Г–гипстік сан – бірлік фосфат шикізатынан алынған фосфогипс массасы.
5.2 Фотогипстің жуылу фосфогипстің суда еритін P2O5 (фосфор қышқылына) дәрежесін көрсететін эффектісінің коэффициенті (Котм), %:

Котм = (55)
мұндағыP2O5сулы–фосфогипстағы суда еритін P2O5мөлшері
P2O5фосф–фосфориттегі P2O5 мөлшері.
5.3Қорытынды шикізаттан фосфор қышқылына P2O5өту дәрежесін сипаттайтын технологиялық шығу коэффициенті (Кшығу), процентпен.

Кшығу= (56)
5.4 Фильтрлеу өнімділігі, кг(м2сағ):
(57)
мұндағыm–фильтрат немесе тұнба массасы, г
D–фильтрлеу ауданы (воронка), м2
- фильтрлеу уақыты, мин.
Технологиялық есептеу қорытындысын 1-3кестеге енгіземіз.
Кесте 1 –Қорытынды реагенттердің құрамы
Фосфатты шикізат
Күкірт қышқылы
Сұйытылған ерітінді
Шығын, г
құрамы, %
Шығын, г
Концентрация, %
Норма, % от стех.
Шығын, г
P2O5,
%

P2O5
CaO
F
CO2
H2O

Процестің технологиялық көрсеткіштері

Гипс саны Г=..., Ж:Т=..., экстракциятемпературасы...0С, уақыт ...сағат .

Кесте 2 – процестің технологиялық көрсеткіштері

Өнім массасы, г
Өнімдегі P2O5 мөлшері, %
Кизв
Котм
Квых
G,
кг
м2ч
Фосфо
гипс
ылғалды
Фосфогипс
құрғақ
Фильтрат
жуу суы
Фосфогипс
ЭФК
жуу суы

жалпы
түбінде
бос

Кесте 3 –экстрационды пульпа сұйық фазасының уақыт бойынша құрамының өзгеруі

Үлгі таңдау уақыты
(тәжірибе басынан), мин
Сұйық фаза құрамы, %

H3PO4
H2SO4
Ca(H2PO4)2

3 кесте бойынша сұйық фазадағы күкірт және фосфор қышқылының уақытқа байланысты мөлшерінің қатысында график тұрғызамыз. Жұмыс аяқталған соң әдебиеттердегі мәліметтермен салыстырамыз.

БАҚЫЛАУ СҰРАҚТАРЫ

1. Фосфор қышқылын алуда қандай шикізат пайдаланылады?
2. ЭФК алу режимі, олар қалай ажыратылады.
3. Фотогипс құрамы қандай және оны қалай есептейміз?
4. Гипс саны дегеніміз не?
5. Күкірт қышқылы және фосфатты шикізатты сұйылтылған ертітіндісі шығыны қалай есептеледі?
6. Жұмыс жүргізу тәртібі қандай?
7. Ажырату коэффициенті қалай есептеледі және нені білдіреді?
8. Фосфатты шикізатты ажырату дәрежесі қандай факторға тәуелді?
9. Өнімді фосфор қышқылындағы фосфор және күкірт қышқылының мөлшерін қалай анықтаймыз?
10. Жуу коэффициентінің методикасы мен мәні.
11. Экстракция процесіндегі сұйытылған ерітінді мен циркуляцияланған пульпаның рөлі.
12. Шикізатты ажырату және монокальций фосфатының кристаллизациясын қалай бөлуге болады?
13. Кальций сульфатының кристаллының габитусы қандай факторға байланысты?
14. Фосфатты шикізат құрамындағы қоспалар ЭФК алудың технологиялық процесіне қалай ісер етеді?
15. Технологиялық шығу коэффициентін қалай есептейді?
16. Филтрлеу өнімділігін қалай есептейді?
17. Фосфогипсті жуу схемасының мәні.
18. ЭФК алудағы жартылай гидратты және дигидратты әдістің салыстырмалы мінездемесі.
19. Фосфор қышқылды суспензияны бөлетін вакуум – фильтрдің әсері және түрі.
20. Фосфогипстегі Р2O5 жалпы, Р2O5су., Р2O5 бос анықтау әдістемесі.

Зертханалық жұмыс № 4 Күйдіргіш натрийді химиялық әдіспен алу

ЖҰМЫСТЫҢ МАҚСАТЫ: Каустикалық сода алудағы (натрийгидроксиді) натрий карбонатының әктаспенерітіндісінің каустификация процесін үйрену.

1. ЖАЛПЫ ЕРЕЖЕ

Натрий гидроксидін (техникалық атауы –каустикалық сода) екі әдіспен алады: электрохимиялық және химиялық. Химиялық әдіс модификациясында екі тәсіл жақсы таралған: әктасты және ферритті. Олар бір бірінен тек қана сілті – натрий гидроксидінің ерітіндісінің сұйылтылу процесімен ажыратылады. Электрохимиялық және химиялық әдіспен алынаған сілті концентрациясы мөлшермен бірдей.
Негізгі натрий гидроксидінің мөлшерін әктасты әдіс арқылы табады. Әктасты әдіс араластырып қыздырғанда 18–20%-ті натрий карбонаты ерітіндісінің (техникалық атауы – кальцинирленген сода) кальций оксидімен (немесе сөндірілмеген әк) әрекеттесуі. Бұл процесс каустификация деп аталады. Натрий гидроксидінің атауы – каустическая содаосыдан шыққын.

Каустификация процесінің теориялық негізі

Сулы ерітіндіде кальций оксиді кальций гидроксидіне (1) айналады. Одан кейін натрий карбонатымен әрекеттесіп, натрий гидроксидін (2) түзеді.:
CaO+H2O=Ca(OH)2; (1)
Ca(OH)2+Na2CO3═ 2NaOH+CaCO3↓. (2)
(2) реакция–натрий гидроксиді түзілу реакциясы қайтымды, және белгілі бір жағдайда тепе –теңдік орнайды. Тепе – теңдік жағдайы компонент концентрациясына және ерітінді температурасына байланысты.
Тепе – теңдік жағдайының концентрацияменбайланысы
(2) реакция тепе – теңдік жағдайы ерітіндідегі ОН– және СО3 ион концентрациясының қатынасымен немесе кальций гидроксиді мен кальций карбонатының ерігіштіктерінің қатынасымен және тепе – теңдік константасымен анықталады:

Егер реакция теңдеуің иондық түрде жазатын болсақ:
Ca(OH)2 + СО2- ↔ CaCO3↓ + 2ОН-

Онда тепе-теңдік константасы мына түрде жазуға болады:
Себебі карбонат және кальций гидроксидінің конценрациясы толық анықталған екеуі де қатты фазада практикалық түрде тұрақты, сондықтан оларға тепе-теңдік константасын жазуға болады.
Алынған теңдеуден СО32- ионының концентрациясын азайтсақ, бастапқы ерітіндідегі натрий карбонатаның да концентрациясының азайғанын байқаймыз, яғни тепе-теңдік константасы улкейеді.
Егер гидроксид ионының[OH-]концентрациясын арттыратын болсақ, тепе-теңдік константасы да артады. Сондықтан реакция үшін кальций гидроксидінің (анығы:СаО2-) стехиометриялық мөлшерінен 10% артық мөлшерде алады. Ерігіштік туындыларына сәйкес Ca(OH)2 және CaCO3әрекеттестіру арқылы,[OH-]и[CO3] иондарының концентрациясын теңестіреміз.

ПРCa(OH)2 = [Ca2+][OH-]2
ПРCaCO3 = [Ca2+][CO2-]

тепе-теңдік константасының мәнін табамыз:К′:

K`=

Бұл теңдеудің нәтижесінен байқайтынымыз, тепе-теңдік константасы кальций гидроксиді мен кальций карбонатының осы жағдайдағы ерігіштік арақатынасын анықтайды.
Бастапқы шикізаттың толық өнімге айналуын каустификация α дәрежесімен де анықтауға болады.
Төмендегі кестеде экспериментальды көрсеткіштер көрсетілген:
[OH-] және [CO3-]-тің тепе теңдік константасын сипаттайтын мәндері және тепе-теңдік константасыныңК′мәні, NaCO3 мен NaOH-нің 80°С айналу дәрежесі (α):

С˚эк(Na2СO3),
мольдм3
Эквиваленттік тепе-теңдікконцентрациясы,мольдм3

К′

α,%

[OH–]
[CO2–]
3

5,375
4,340
0,518
36,4
80,7
5,125
4,220
0,408
43,6
82,3
4,900
4,095
0,343
48,9
83,6
3,842
3,444
0,199
59,6
89,6
3,073
2,903
0,085
99,1
94,5
2,045
1,982
0,032
122,8
96,9
Берілген таблицадан көріп тұрғандарыңыздай, бастапқы ерітіндідегі натрий карбонатының концентрациясы өскен сайын, каустификация дәрежесі де өседі. Онымен қоса тепе теңдік константасы да артады.

Тепе теңдік константасының температураға тәуелділігі

Жоғарғы температурада кальций гидроксидінің ерігіштігі суда төмендейді. (100гсуда 20°С-та 0,148г және 100°С-та 0,077г), демек ерітіндідегі гидроксид ионының концентрациясы да азаяды.
Температура әсерінен реакция тепе теңдігі солға ауысады және натрий гидроксидінің шығуы баяулайды. Әр түрлі температурада тепе теңдік константасын есептеу мәні, алынған бастапқы ерітіндідегі калций гидроксиді мен карбонатының толық электротиттік диссоциациясы (кальций карбонатының гидролизы) натрий карбонатының натрий гидроксидіне толық айналуы төменгі температурада іске асатынын көрсетеді. 20°С температурада тепе теңдік константасы 2100-ге, сол уақытта 100°С-та К′=90ғана көрсетеді. NaCO3-тің NaOH-қа толық айналуы үшін 15–20°С температура жеткілікті екенін көрсетеді. Алайда практикада каустификация процессін жоғары температурада (80–100°С) жүргізеді. Оны былай түсіндіреді, біріншіден, температура жоғарылаған сайын, әрекеттестін заттардың әрекеттесу жылдамдығы өседі. Екіншіден, кальций карбонаты мен ерімейтін тұнбадан тұратын қосылыстың тұтқырлығы төмендеуінен, тұнбаның түсу жылдамдығы жоғарылайды. Сонымен қоса, 80°С төмен температурада, натрий гидроксидінің белгілі бір мөлшерін адсорбциялайды және кальций карбонатының жұқа дисперсті тұнбасы түзіледі,
Каустификация процессінің жылдамдығы: алынған ерітінінің сапасы мен саны көп нәрсеге байланысты– оның құрамы, бөлшектерінің размерлеріне, қыздыру жағдайы мен бастапқы шикізаттың құрамындағы басқа да қосылыстар. Практикада каустификацияны 80°С-та 10–15%-тік натрий карбонатымен жүргізеді. Каустификация дәрежесін 90% ке жеткізіп, 100-120 гдм3 нат рий гидроксидін алады. Стехиометриялық мөлшерімен салыстырғанда 10%-тік кальций оксидін алады. Алынған ерітіндіні қайта өңдеу натрий гидроксидін концентрлеу, буландыру мен кристаллизация арқылы бекітіледі.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬДЫ БӨЛІМ

2.1. ПРИБОРЛАР МЕН РЕАКТИВТЕР
Қондырғылар: технохимиялық таразы, натрий карбонатының каустификациясына арналған құрылғы, көлемі 250см3 өлшеуіш цилиндр, көлемі 10 см3кең түпті пипетка; 100 см3конустыколба; химиялық воронка, электроплитка, термометр, фильтрлі қағаз.
Реактивтар: натрий карбонаты (крис) немесе 10%-тік ерітіндісі (тығыздығы 1,103гсм3); калций оксиді (крист.).
2.2. ЖҰМЫСТЫҢ ОРЫНДАЛУ РЕТІ
Лабораториялық қондырғыны суретте көрсетілгендей етіп жинау.
Гаситель - каустификатор 1 өзіне трёхгорлую шар тәрізді колбаны біріктіреді. Ортаңғы мойынына механикалық бұлғауышты (мешалка) орнатады 2, біреуінің қабырғасына термометрді 3, басқасына химиялық воронканы орнатады. Каустификаторды электроплиткаға жалғанаған 5, баняға жылжытады 4.
10–20%-тік ерітіндіге қажетті натрий карбонатынының мөлшерін есептейді (оқытушының тапсырмасы бойынша), ол үшін натрий карбонатын техникалық таразыда өлшеп алып, қажетті мөлшерде су құйып ерітеді. Кей жағдайда лабораториядағы дайын 10%-тік ерітіндіні қолданады.
Каустификаторға воронка арқылы цилиндрге дайындалған натрий карбонатын құяды, оны су моншасында қыздырып, ЛАТР арқылы айналу жылдамдығын 60 айнмин келтіреді.

Натрий карбонат ерітіндісін күйдіруге арналған лабораториялық қондырғы:
1 – өшіруші – күйдіргіш (каустификатор); 2 – механикалық араластырғыш піскек; 3 – термометр; 4 – су моншасы; 5 – электрлі плитка

Реакциялар теңдеулері бойынша (1) және (2) реакторға жүктелген (тиелген) натрий карбонатының мөлшерін күйдіруге арналған техникалық кальций қышқылының мөлшерін есептейді. Есептеуде техникалық қышқылдағы негізгі комонентті 80 % деп, ал тәжірибе үшін кальций қышқылын 10% артық алады. Кальций қышқылының есептелген мөлшерін өлшейді.
Оқытуышының тапсырмасы бойынша алынған температураға (50 – 90 ¬ С) қол жеткізгеннен кейін колбаның бүйіріндегі мойыны арқылы кальций қышқылын аз бөліктермен (порциялармен) жүктейді (тиейді).
Тиеу (жүктеу) әр 2 – 3 минут сайын бірдей бөліктермен (порциялармен) іске асады.
Тәжірибенің басталу уақытын кальций қышқылының бірінші бөлігін (порциясын) тиеу кезінен бастап белгілейді. Күйдіруді (каустификацияны) 1,5 – 2 сағат жүргізеді. Кальций қышқылының барлық бөліктерін (порцияларын) тиеп болғаннан кейін, әр 15 минут сайын талдау жасауға суспензия
сынамаларын (проба) алып отырады.
Сынамаларды колбаның бүйіріндегі мойын арқылы кең ұшты тамызғыштың көмегімен алады, ол үшін араластырғышты алдын – ала өшіреді. Көлемі шамамен 30 см3 болатын суспензия сынамасын сыйымдылығы 100 см3 конус пішінді колбада орналасқан қағазды сүзгіші (фильтрі) бар құйғышқа көшіреді (салады).
Сусүзбені, яғни сүзгіден өткізілген және тазартылған сұйықтықты оның құрамында карбонат пен натрий гидро қышқылының бар жоқтығына талдау жасайды. Көрсетілген уақыт өтісімен, жүйеде динамикалық тепе-теңдік орнатылады, ал ерітіндіде компоненттердің қоюлануы өзгермейді.
Күйдіру (каустификация) деңгейі α (%) мына формуламен анықталады:

Сэк(NaOH)

С эк(Na CO )
100 ,

мұндағы Сэк(NaOH) – уақыттың кез – келген сәтіндегі натрий гидро қышқылы ерітіндісінің эквиваленттік қоюлану деңгейі, мольдм3; С¬эк(Na2СO3) – натрий карбонатының бастапқы ерітіндісіні күйдіргенге (каустификацияға) дейінгі эквиваленттік қоюлануы, мольдм3.

Тәжірибе нәтижесі кесте түрінде жасалынады.

Жұмыс нәтижесі
Уақыт
τ, мин
Температура
t, ¬С
Ерітінді құрамы Сэк, мольдм3
Күйдіру деңгейі
α, %

Сэк(NaOH)
Сэк(Na2CO3)

0
15
30
...

Алынған деректер бойынша күйдіру деңгейінің бектклген температурадағы тәжірибе ұзақтығына тәуелділігі туралы кесте (график) жасалынады. Жұмыс бойынша қорытынды жасалынады.

2. ҚАУІПСІЗДІК ТЕХНИКАСЫ

Лабораториялық жұмыстар жүргізген кезде қауіпсіздік техникасының нұсқауында көрсетілген химиялық лабораторияларда жұмыс істеудің жалпы ережелерін сақтау керек.
Натрий гидро қышқылының сулы ерітіндісімен (сілті) істелетін жұмыстарға ерекше назар аударған жөн, себебі ол концентрацияға тәуелсіз, улы (күйдіргіш) және көпіргіш болып келеді.
Көзге немесе теріге түскен сілті ауыр күйікке әкеп соғады.
Жұмыста қолданылатын кальций қышқылы – ауада тозаңданатын, үгітілген гигроскопиялық ұнтақ. Әктің тозаңын немесе соданы жұту шырышты қабыққа тітіркендіргіш әсер етіп, жөтел туғызады. Кальций қышқылының сумен өзара әрекеттесуі жылудың көп мөлшерде шығуымен іске асады. Сұйықтықтың қайнауын және күйдіргіштен ерітіндінің шығуын болдырмау үшін құрғақ химиялық құйғыштың көмегімен кальций қышқылын реакторға аз бөліктермен (порциялармен) салу керек. Лабораторияда тек халатпен жұмыс істеуге рұқсат етіледі, қажет болса, қорғанудың жекелеген тәсілдерін пайдалануға болады. Жұмыс жүргізуге қауіпсіздік техникасының нұсқауларынан өткен студенттер жіберіледі.

3. БАҚЫЛАУ СҰРАҚТАРЫ

1. Натрий гидро қышқылын алудағы ферритті әдіс негізінде жатқан реакциялардың теңдеулерін жазыңыз. Осы реакциялардың өту (ағу) шарттарын атаңыз.

2. Натрий гидро қышқылын алудағы әктас әдісінің негізінде жатқан реакциялардың теңдеулерін жазыңыз. Мақсатты өнімнің шығуына ықпал ететін шарттарды атаңыз.

3. Өшіруші-күйдіргішке (каустификатор) берілетін ерітіндінің құрамында 60 н. д. натрий карбонаты және 20 н. д. н натрий гидро қышқылы бар. Ерітіндінің тығыздығы 1,15 кгдм3. Компоненттер концентрациясын (моль эк.)дм3, гдм3, % (масс.н) – да көрсетіңіз.
Жауабы: (моль эк.)дм3, гдм3, % (масс.).

4. 1 т күйдіргіш содасына 10,6 м3 сода ерітіндісі қажет.
Ондағы натрий карбонатының құрамы 60 н. д. 1 т күйдіргіш содасын шығаруға (өндіруге) қажетті құрғақ натрий карбонатының шығынын анықтаңыз.
Жауабы: 1685,4 кг.

5. Егер әктің құрамындағы белсенді кальций қышқылы 85 %-дан асса, ал күйдіргіштің (каустификациның) ең жоғары (максималды) деңгейі 74,5 % құраса, 1 т 92% күйдіргіш содасын өндіру үшін қажетті сөндірілмеген техникалық әктің шығынын анықтаңыз. Артық әкті стехиометриялық мөлшерге қарсы есептегенде 5 % деп алыңыз. Сода ерітіндісіндегі натрий карбонаты мен натрий гидро қышқылының құрамы 60 және 20 н. д. о. құрайды.

Жауабы: 1067,82 кг.