Файл: Методическое пособие По рабочей профессии Аппаратчик химводоочистки.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.12.2023
Просмотров: 2034
Скачиваний: 103
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
растворы, эмалевые краски. Широко используются в производстве керамики.
Равновесие в системе осадок – раствор.
Образование осадков
В
гравиметрическом анализе необходимо получение чистых и хорошо фильтруемых осадков, т. е. крупнокри-
Рис.4. Зависимость растворимости (5) и пересыщения (Ss) осадков от температуры для сульфата бария (а) и хлорида серебра (б): сталлических и однороднодисперсных.
Гранулометрический состав определяется относительной скоростью процессов образования центров кристаллизации и их роста.
Коэффициент формы осадка N, характеризующий число центров кристаллизации, вычисляют по уравнению:
где Р — начальная концентрация иона в растворе, S —растворимость соединения; К — константа, зависящая от растворителя и природы соединения [5, 6].
Чем меньше N, тем более крупнокристаллический осадок образуется. Можно указать следующие факторы, влияющие на значение N: разбавление растворов, температура (рис. VI-1), перемешивание, изменение рН комплексообразование, солевой эффект, присутствие поверхностно-активных веществ.
Особенно эффективным способом получения
Рис.5. крупнокристаллических осадков является осаждение из гомогенной системы (метод возникающих реагентов). Такое осаждение можно осуществить либо постепенным понижением растворимости, что обеспечивается постепенным повышением рН при медленно протекающей химической реакции, идущей со связыванием ионов водорода, либо постепенным увеличением концентрации ионов осадителя или определяемого иона путем проведения реакции, протекающей с постепенным образованием этих ионов. Примером метода возникающих реагентов может служить осаждение сульфида кобальта из пиридинового раствора, осаждение диметилглиоксимата никеля синтезированным в процессе реакции осаждения реагентом и др.
Химическая реакция — превращение одного или нескольких исходных веществ (реагентов) в другие вещества, при которых ядра атомов не меняются, при этом происходит перераспределение электронов и ядер и образуются новые химические вещества. В отличие от ядерных реакций, при химических реакциях не изменяется общее число ядер атомов и изотопный состав химических элементов.
Виды реакций.
Все химические реакции подразделяют на простые и сложные. Простые химические реакции, в свою очередь, обычно подразделяют на четыре типа: реакции соединения, реакции разложения, реакции замещения и реакции обмена.
Д. И. Менделеев определял соединение как реакцию, «при которой из двух веществ происходит одно. Примером химической реакции соединения может служить нагревание порошков железа и серы, - при этом образуется сульфид железа: Fe+S=FeS. К реакциям соединения относят процессы горения простых веществ (серы, фосфора, углерода,...) на воздухе. Например, углерод горит на воздухе С+О2=СО2 (конечно эта реакция протекает постепенно, сначала образуется угарный газ СО). Реакции горения всегда сопровождаются выделением тепла — являются экзотермическими.
Химические реакции разложения, по Менделееву, «составляют случаи, обратные соединению, то есть такие, при которых одно вещество даёт два, или, вообще, данное число веществ — большее их число. Примером реакции разложение меже служить химическая реакция разложения мела (или известняка под воздействием температуры): СаСО3=СаО+СО2. Для проведения реакции разложения, как правило, требуется нагревание. Такие процессы — эндотермические, т. е. протекают с поглощением теплоты.
В реакциях двух других типов число реагентов равно числу продуктов. Если взаимодействуют простое вещество и сложное —то эта химическая реакция называется химической реакцией замещения: Например опустив стальной гвоздь в раствор медного купороса получаем железный купорос (здесь железо вытеснило медь из её соли) Fe+CuSO4= FeSO4+Cu.
Реакции между двумя сложными веществами, при которых они обмениваются своими частями, относят к химическим реакциям обмена. Большое их число протекает в водных растворах. Примером химической реакции обмена может служить нейтрализация кислоты щёлочью: NaOH+HCl=NaCl+Н2О. Здесь в реагентах (веществах, стоящих слева) ион водорода из соединения HCl обменивается с ионом натрия из соединения NaOH, в результате чего образуется раствор поваренной соли в воде
Таблица 1.
Однако очень многие реакции не укладываются в приведённую простую схему. Например, химическая реакция между перманганатом калия (марганцовкой) и иодидом натрия не может быть отнесена ни к одному из указанных типов. Такие реакции, обычно, называют окислительно - восстановительные реакции, например:
2KMnO4+10NaI+8H2SO4=2MnSO4+K2SO4+5Na2SO4+5I2+8H2O.
Признаки химических реакций.
По ним можно судить, прошла ли химическая реакция между реагентами или нет.
К таким признакам принято относить следующие:
- Изменение цвета (например, светлое железо покрывается во влажном воздухе бурым налётом оксида железа - химическая реакция взаимодействия железа с кислородом).
- Выпадение осадка (например, если через известковый раствор (раствор гидроксида кальция) пропустить углекислый газ, выпадет белый нерастворимый осадок карбоната кальция).
- Выделение газа (например, если капнуть лимонной кислотой на пищевую соду, то выделится углекислый газ).
- Образование слабодиссоциированных веществ (например, реакции, при которых одним из продуктов реакции является вода).
- Свечение раствора.
Примером свечения раствора может служить реакция с использованием такого реагента как раствор люминола (люминол- это сложное химическое вещество, которое может излучать свет при химических реакциях).
Окислительно-восстановительные реакции.
Составляют особый класс химических реакций. Их характерной особенностью является изменение степени окисления, по крайней мере, пары атомов: окисление одного (потеря электронов) и восстановление другого (присоединение электронов).
Сложные вещества, понижающие свою степень окисления - окислители, а повышающие степень окисления - восстановители. Например:
2Na + Cl2 = 2NaCl,
- здесь окислитель - хлор (он присоединяет к себе электроны), а восстановитель - натрий (он отдаёт электроны).
Реакция замещения NaBr-1+ Cl20 = 2NaCl-1 + Br20 (характерна для галогенов) тоже относится к окислительно -восстановительным реакциям. Здесь хлор - окислитель (принимает 1 электрон), а бромид натрия (NaBr) - восстановитель (атом брома отдаёт электрон). Реакция разложения дихромата аммония ((NH4)2Cr2O7) тоже относится к окислительно-восстановительным реакциям:
(N-3H4)2Cr2+6O7=N20 + Cr2+3O3 + 4H2O
Ещё одна из распространённых классификаций химических реакций - это их разделение по тепловому эффекту. Разделяют эндотермические реакции и экзотермические реакции. Эндотермические реакции - химические реакции, сопровождающиеся поглощением окружающего тепла (вспомните охлаждающие смеси). Экзотермические (наоборот) - химические реакции, сопровождающиеся выделением тепла (например - горение).
Весовой анализ (гравиметрический анализ) — важнейший метод количественного химического анализа, в котором взвешивание является не только начальной, но и конечной стадией определения. Весовой анализ основан на законе сохранения массы веществ при химических превращениях.
Измерительным прибором служат аналитические весы.
Определение начинается с отвешивания некоторого количества анализируемого вещества на аналитических весах и его растворения. Далее определяемый элемент осаждают из раствора в виде какого-либо малорастворимого соединения или простого вещества, которые затем отделяют фильтрованием, высушивают или прокаливают до получения соединения постоянного состава (весовая форма), и взвешивают.
Результаты анализа выражают в процентах. Весовой анализ сыграл большую роль при установлении закона постоянства состава химических соединений, закона кратных отношений, периодического закона и др. Весовой анализ применяется при определении химического состава горных пород и минералов, при установлении качества сырья н готовой продукции.
Объёмный анализ.
Совокупность методов химического количественного анализа основанных на измерении объёмов для установления концентрации (содержания) определяемого вещества.
К объёмным методам анализа относят распространённые в лабораторной практике различные варианты титриметрического анализа основанного на измерении объёма израсходованного раствора реагента известной концентрации, необходимого для достижения точки эквивалентности. Иногда титриметрические методы не совсем точно отождествляют с объёмными методами. К объёмным анализам относят также многие методы газового анализа, когда при выполнении определения измеряют объём какого-либо поглотившегося или выделившегося газа. Имеются методы, основанные на измерении объёма осадков, например количество серы в чугуне можно определять по объёму осадка сульфата бария в градуированной центрифужной пробирке. Количество вещества определяют по объёму полученного осадка в ультрамикрохимическом анализе, когда взвешивание затруднено или невозможно.
Титриметрический метод анализа.
Титриметрия или титриметрические методы количественного анализа основаны на точном измерении объема раствора реактива, израсходованного на реакцию с определяемым веществом. Раствор реактива (титрант, рабочий раствор) должен при этом иметь точную концентрацию, обеспеченную условиями приготовления раствора (рабочий раствор с приготовленным титром) или установленную по другому раствору с точно известной концентрацией (рабочий раствор с установленным титром).
Титр - способ выражения концентрации раствора, определивший название метода, и показывающий массу растворенного вещества в граммах в 1 см3 (или 1 мл) раствора. Процесс постепенного добавления титранта к раствору определяемого вещества называют титрованием. При титровании наступает момент, когда рабочий раствор В и определяемое вещество А прореагируют между собой в эквивалентных количествах, т.е. в строгом соответствии со стехиометрией реакции. В таком случае справедлив закон эквивалентов, составляющий основу расчетов в титриметрии:
n(A) = n(B)
При титровании важно зафиксировать конец реакции, называемый точкой стехиометричности или точкой эквивалентности (ТЭ). Для экспериментального установления конечной точки титрования (КТТ), по возможности наиболее близкой к теоретической ТЭ, используют изменение окраски индикатора или какого-либо физического свойства раствора.
К химической реакции титрования предъявляются следующие требования:
1) строгая стехиометричность, отсутствие побочных реакций;
2) высокая скорость;
3) практическая необратимость (Кр > 107), обеспечивающая количественное превращение реагирующих веществ в продукты реакции;
4) наличие подходящего индикатора или другого способа фиксирования ТЭ.
В титриметрии используют точную мерную посуду: мерные колбы - для приготовления растворов; пипетки - для точного измерения определенного объема раствора при перенесении в другой сосуд
Технический анализ твердого минерального топлива включает определение влаги, зольности, выхода летучих веществ и расчет нелетучего углерода. Полученныерезультаты пересчитывают на различные состояния топлива.
Отбор проб твердых и газообразных веществ.
О
Равновесие в системе осадок – раствор.
Образование осадков
В
гравиметрическом анализе необходимо получение чистых и хорошо фильтруемых осадков, т. е. крупнокри-Рис.4. Зависимость растворимости (5) и пересыщения (Ss) осадков от температуры для сульфата бария (а) и хлорида серебра (б): сталлических и однороднодисперсных.
Гранулометрический состав определяется относительной скоростью процессов образования центров кристаллизации и их роста.
Коэффициент формы осадка N, характеризующий число центров кристаллизации, вычисляют по уравнению:
где Р — начальная концентрация иона в растворе, S —растворимость соединения; К — константа, зависящая от растворителя и природы соединения [5, 6].
Чем меньше N, тем более крупнокристаллический осадок образуется. Можно указать следующие факторы, влияющие на значение N: разбавление растворов, температура (рис. VI-1), перемешивание, изменение рН комплексообразование, солевой эффект, присутствие поверхностно-активных веществ.
Особенно эффективным способом получения
Рис.5. крупнокристаллических осадков является осаждение из гомогенной системы (метод возникающих реагентов). Такое осаждение можно осуществить либо постепенным понижением растворимости, что обеспечивается постепенным повышением рН при медленно протекающей химической реакции, идущей со связыванием ионов водорода, либо постепенным увеличением концентрации ионов осадителя или определяемого иона путем проведения реакции, протекающей с постепенным образованием этих ионов. Примером метода возникающих реагентов может служить осаждение сульфида кобальта из пиридинового раствора, осаждение диметилглиоксимата никеля синтезированным в процессе реакции осаждения реагентом и др.
Химическая реакция — превращение одного или нескольких исходных веществ (реагентов) в другие вещества, при которых ядра атомов не меняются, при этом происходит перераспределение электронов и ядер и образуются новые химические вещества. В отличие от ядерных реакций, при химических реакциях не изменяется общее число ядер атомов и изотопный состав химических элементов.
Виды реакций.
Все химические реакции подразделяют на простые и сложные. Простые химические реакции, в свою очередь, обычно подразделяют на четыре типа: реакции соединения, реакции разложения, реакции замещения и реакции обмена.
Д. И. Менделеев определял соединение как реакцию, «при которой из двух веществ происходит одно. Примером химической реакции соединения может служить нагревание порошков железа и серы, - при этом образуется сульфид железа: Fe+S=FeS. К реакциям соединения относят процессы горения простых веществ (серы, фосфора, углерода,...) на воздухе. Например, углерод горит на воздухе С+О2=СО2 (конечно эта реакция протекает постепенно, сначала образуется угарный газ СО). Реакции горения всегда сопровождаются выделением тепла — являются экзотермическими.
Химические реакции разложения, по Менделееву, «составляют случаи, обратные соединению, то есть такие, при которых одно вещество даёт два, или, вообще, данное число веществ — большее их число. Примером реакции разложение меже служить химическая реакция разложения мела (или известняка под воздействием температуры): СаСО3=СаО+СО2. Для проведения реакции разложения, как правило, требуется нагревание. Такие процессы — эндотермические, т. е. протекают с поглощением теплоты.
В реакциях двух других типов число реагентов равно числу продуктов. Если взаимодействуют простое вещество и сложное —то эта химическая реакция называется химической реакцией замещения: Например опустив стальной гвоздь в раствор медного купороса получаем железный купорос (здесь железо вытеснило медь из её соли) Fe+CuSO4= FeSO4+Cu.
Реакции между двумя сложными веществами, при которых они обмениваются своими частями, относят к химическим реакциям обмена. Большое их число протекает в водных растворах. Примером химической реакции обмена может служить нейтрализация кислоты щёлочью: NaOH+HCl=NaCl+Н2О. Здесь в реагентах (веществах, стоящих слева) ион водорода из соединения HCl обменивается с ионом натрия из соединения NaOH, в результате чего образуется раствор поваренной соли в воде
Таблица 1.
| химические реакции соединения A + B = AB Из нескольких простых или сложных веществ образуется одно сложное | химические реакции разложения AB = A + B Из сложного вещества образуется несколько простых или сложных веществ | химические реакции замещения A + BC =AC + B Атом простого вещества замещает один из атомов сложного | химические реакции ионного обмена AB+CD = AD+CB Сложные вещества обмениваются своими составными частями |
Однако очень многие реакции не укладываются в приведённую простую схему. Например, химическая реакция между перманганатом калия (марганцовкой) и иодидом натрия не может быть отнесена ни к одному из указанных типов. Такие реакции, обычно, называют окислительно - восстановительные реакции, например:
2KMnO4+10NaI+8H2SO4=2MnSO4+K2SO4+5Na2SO4+5I2+8H2O.
Признаки химических реакций.
По ним можно судить, прошла ли химическая реакция между реагентами или нет.
К таким признакам принято относить следующие:
- Изменение цвета (например, светлое железо покрывается во влажном воздухе бурым налётом оксида железа - химическая реакция взаимодействия железа с кислородом).
- Выпадение осадка (например, если через известковый раствор (раствор гидроксида кальция) пропустить углекислый газ, выпадет белый нерастворимый осадок карбоната кальция).
- Выделение газа (например, если капнуть лимонной кислотой на пищевую соду, то выделится углекислый газ).
- Образование слабодиссоциированных веществ (например, реакции, при которых одним из продуктов реакции является вода).
- Свечение раствора.
Примером свечения раствора может служить реакция с использованием такого реагента как раствор люминола (люминол- это сложное химическое вещество, которое может излучать свет при химических реакциях).
Окислительно-восстановительные реакции.
Составляют особый класс химических реакций. Их характерной особенностью является изменение степени окисления, по крайней мере, пары атомов: окисление одного (потеря электронов) и восстановление другого (присоединение электронов).
Сложные вещества, понижающие свою степень окисления - окислители, а повышающие степень окисления - восстановители. Например:
2Na + Cl2 = 2NaCl,
- здесь окислитель - хлор (он присоединяет к себе электроны), а восстановитель - натрий (он отдаёт электроны).
Реакция замещения NaBr-1+ Cl20 = 2NaCl-1 + Br20 (характерна для галогенов) тоже относится к окислительно -восстановительным реакциям. Здесь хлор - окислитель (принимает 1 электрон), а бромид натрия (NaBr) - восстановитель (атом брома отдаёт электрон). Реакция разложения дихромата аммония ((NH4)2Cr2O7) тоже относится к окислительно-восстановительным реакциям:
(N-3H4)2Cr2+6O7=N20 + Cr2+3O3 + 4H2O
Ещё одна из распространённых классификаций химических реакций - это их разделение по тепловому эффекту. Разделяют эндотермические реакции и экзотермические реакции. Эндотермические реакции - химические реакции, сопровождающиеся поглощением окружающего тепла (вспомните охлаждающие смеси). Экзотермические (наоборот) - химические реакции, сопровождающиеся выделением тепла (например - горение).
Весовой анализ (гравиметрический анализ) — важнейший метод количественного химического анализа, в котором взвешивание является не только начальной, но и конечной стадией определения. Весовой анализ основан на законе сохранения массы веществ при химических превращениях.
Измерительным прибором служат аналитические весы.
Определение начинается с отвешивания некоторого количества анализируемого вещества на аналитических весах и его растворения. Далее определяемый элемент осаждают из раствора в виде какого-либо малорастворимого соединения или простого вещества, которые затем отделяют фильтрованием, высушивают или прокаливают до получения соединения постоянного состава (весовая форма), и взвешивают.
Результаты анализа выражают в процентах. Весовой анализ сыграл большую роль при установлении закона постоянства состава химических соединений, закона кратных отношений, периодического закона и др. Весовой анализ применяется при определении химического состава горных пород и минералов, при установлении качества сырья н готовой продукции.
Объёмный анализ.
Совокупность методов химического количественного анализа основанных на измерении объёмов для установления концентрации (содержания) определяемого вещества.
К объёмным методам анализа относят распространённые в лабораторной практике различные варианты титриметрического анализа основанного на измерении объёма израсходованного раствора реагента известной концентрации, необходимого для достижения точки эквивалентности. Иногда титриметрические методы не совсем точно отождествляют с объёмными методами. К объёмным анализам относят также многие методы газового анализа, когда при выполнении определения измеряют объём какого-либо поглотившегося или выделившегося газа. Имеются методы, основанные на измерении объёма осадков, например количество серы в чугуне можно определять по объёму осадка сульфата бария в градуированной центрифужной пробирке. Количество вещества определяют по объёму полученного осадка в ультрамикрохимическом анализе, когда взвешивание затруднено или невозможно.
Титриметрический метод анализа.
Титриметрия или титриметрические методы количественного анализа основаны на точном измерении объема раствора реактива, израсходованного на реакцию с определяемым веществом. Раствор реактива (титрант, рабочий раствор) должен при этом иметь точную концентрацию, обеспеченную условиями приготовления раствора (рабочий раствор с приготовленным титром) или установленную по другому раствору с точно известной концентрацией (рабочий раствор с установленным титром).
Титр - способ выражения концентрации раствора, определивший название метода, и показывающий массу растворенного вещества в граммах в 1 см3 (или 1 мл) раствора. Процесс постепенного добавления титранта к раствору определяемого вещества называют титрованием. При титровании наступает момент, когда рабочий раствор В и определяемое вещество А прореагируют между собой в эквивалентных количествах, т.е. в строгом соответствии со стехиометрией реакции. В таком случае справедлив закон эквивалентов, составляющий основу расчетов в титриметрии:
n(A) = n(B)
При титровании важно зафиксировать конец реакции, называемый точкой стехиометричности или точкой эквивалентности (ТЭ). Для экспериментального установления конечной точки титрования (КТТ), по возможности наиболее близкой к теоретической ТЭ, используют изменение окраски индикатора или какого-либо физического свойства раствора.
К химической реакции титрования предъявляются следующие требования:
1) строгая стехиометричность, отсутствие побочных реакций;
2) высокая скорость;
3) практическая необратимость (Кр > 107), обеспечивающая количественное превращение реагирующих веществ в продукты реакции;
4) наличие подходящего индикатора или другого способа фиксирования ТЭ.
В титриметрии используют точную мерную посуду: мерные колбы - для приготовления растворов; пипетки - для точного измерения определенного объема раствора при перенесении в другой сосуд
Технический анализ твердого минерального топлива включает определение влаги, зольности, выхода летучих веществ и расчет нелетучего углерода. Полученныерезультаты пересчитывают на различные состояния топлива.
Отбор проб твердых и газообразных веществ.
О