Поверхностные отложения
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Юго-Западный государственный университет»
Кафедра ______________________________
КУРСОВАЯ РАБОТА (ПРОЕКТ)
по дисциплине «_____________________________
на тему «_____________________________
______________________________
Специальность
(направление подготовки)___________________
______________________________
Автор работы (проекта) ____________________ _________________________
Группа ___________
Руководитель работы (проекта) ____________________ ___________________
Работа (проект) защищена ________________________
Оценка_____________________
Председатель комиссии _________________________ ____________________
Члены комиссии _________________________ __________________________
_________________________ __________________________
_________________________ __________________________
Курск, 20 ___ г.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………
1 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ………………………………………...4
1.1 Порядок
выполнения работы…………………………………
1.2 Методики анализа…………………………………………………………4
1.2.1 Методика
анализа кислоты………………………………………
1.2.2 Методика
анализа соединений
1.2.3 Методика
определения соединений
1.2.4 Методика
удаления поверхностных
1.3 Пооперационная схема…………………………………………………. . .6
2 РЕЗУЛЬАТЫ
И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ…………………………………….
3 ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ………………………… . 20
Введение
Соли меди играют огромную роль в современной технологической практике и имеют широкое применение. Особенно важное значение имеет медный купорос - кристаллогидрат сульфата меди (II). CuSО4 · 5 Н2О используют в производстве минеральных и органических красителей [1], в медицинской промышленности, в гальванических элементах, а так же он широко применяется в электролитических процессах, при очистке воды [2], для защиты растений [3]. В пищевой промышленности зарегистрирован в качестве пищевой добавки Е 519 [4]. Используется как фиксатор окраски и консервант. Сульфат меди является исходным сырьем для получения многих других соединений. Например, гидроксида меди (II) – вещества необходимого для качественных реакций на глюкозу, глицерин [5]. Изучение процессов с участием сульфата меди по кинетике накопления одновалентной меди природы и количества солевых добавок на коррозионное поражение меди с образованием солей меди (I) является актуальной и перспективной тематикой для исследования.
1 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
1.1 Порядок выполнения работы
Для изучения процессов с участием сульфата меди (II) по кинетике накопления одновалентной меди были проведены следующие действия. В реактор помещают металлическую медь, раствор муравьиной кислоты, сульфат меди (II) · 5 Н2О, добавку соли, воду и начинают перемешивание. Реакционная смесь перемешивается в течение 2 часов. Через каждые 20 минут происходит отбор проб на текущий контроль за накоплением соединений меди (I) в растворе. По окончании 2 часов процесс останавливается. Из реакционной смеси отделяется и взвешивается металлическая медь. Затем взвешенная медь проходит очистку от поверхностных отложений. После удаления поверхностных отложений медь повторно взвешивается, а реакционная смесь после очистки анализируется на содержание меди (I), меди (II) и кислоты. Раствор после перемешивания взвешивают и так же анализируют на содержание меди (I), меди (II) и кислоты.
1.2 Методики анализов
1.2.1 Методика анализа кислоты
В колбу для титрования вводят пробу реакционной смеси, добавляют 1-2 капли метилового-красного интенсивно взбалтывают и титруют раствором щелочи до появления синей окраски, не исчезающей в течение 30 секунд.
Расчет ведут по формуле (1):
,
где - количество мл щелочи, пошедшей на титрование;
- концентрация щелочи, моль/л;
- масса пробы реакционной смеси, г.
1.2.2 Методика анализа соединений двухвалентной меди
Пробу реакционной смеси вводят в колбу для титрования содержащую 10 мл насыщенного раствора бромида натрия и тщательно взбалтывают. После этого в данный раствор вводят следы йодида и несколько капель крахмала. Титруют раствором тиосульфата до исчезновения синей окраски.
Расчет ведут по формуле (2):
,
где - количество мл тиосульфата, пошедшее на титрование;
- концентрация раствора
- масса пробы реакционной смеси, г.
1.2.3 Методика определения соединений одновалентной меди
В емкость для титрования вводят 5 мл водного раствора гидрокарбоната натрия и сегнетовой соли; пробу реакционной смеси в количестве 0,2 - 0,5 г и раствор йода. После ввода пробы реакционную смесь хорошо взбалтывают, а после ввода йода интенсивно взбалтывают и в таком же режиме начинают титровать избыток йода тиосульфатом натрия.
При вводе пробы твердой фазы реакционной смеси или же индивидуального соединения меди (I) количество вводимого раствора йода, интенсивность и продолжительность взбалтывания увеличивают.
Результаты анализа рассчитываются по формуле (3):
,
где - концентрация раствора йода моль/л;
- количество мл йода, пошедшее на титрование;
- концентрация раствора
- количество мл тиосульфата, пошедшее на титрование;
- масса пробы реакционной смеси, г.
1.2.4
Методика удаления
Взвешивают медь. В колбу вводят раствор серной кислоты, закрывают крышкой и установить на приспособление для встряхивания до полного очищения меди от поверхностных отложений. При необходимости отбирать пробы, в которых анализировать количество Cu2+ перешедшей в раствор. Как только значение Cu2+ устанавливается на одном уровне процесс прекратить. Медь отделить, тщательно промыть дистиллированной водой, высушить и взвесить. Определить массу фильтрата, содержание Cu2+,Cu+ кислоты в фильтрате.
1.3 Пооперационная схема
Пооперационная схема влияния природы и количества солевых добавок на коррозионное поражение меди в разбавленном растворе муравьиной кислоты в присутствии сульфата меди (II)
Рисунок 1 - Пооперационная схема влияния природы и количества солевых добавок на коррозионное поражение меди в разбавленном растворе муравьиной кислоты в присутствии сульфата меди (II)
2 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Целью данной работы было изучение кинетики коррозионного поражения меди c образованием солей меди (I) и влияние природы и количества солевых добавок на коррозионное поражение меди с образованием солей меди (I). Эксперимент проводили в соответствии с пооперационной схемой, описанной в пункте 1.3, при комнатной температуре, на мешалке с возвратно- поступательным движением столика, со скоростью 750 об/мин.
Типичная кривая зависимости концентрации [Cu+] во времени представлена на рисунке 2. Влияние природы кислоты на характеристики процесса представлены в таблице 1.
Рисунок 2 – Зависимость концентрации [Cu+] от времени
Таблица 1- Влияние количества кислоты на количество образовавшихся солей [Cu+] в жидкой фазе. Загружено CuSO4·5 Н2О 0,3 моль/кг, растворитель вода, масса загрузки 40 г
№ п/п |
Время, мин |
HCOOH, моль/кг |
Содержание [Cu+] в реакционной смеси, моль/кг |
Характеристики процесса | |||
Содержание в фильтрате, моль/кг |
Содержание в поверхностных отложениях, моль/кг | ||||||
[Cu+] |
[Cu2+] |
[Cu+] |
[Cu2+] | ||||
Продолжение таблицы 1
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
1 |
20 |
0.5 |
0 |
0 |
1.260 |
0 |
0.790 |
40 |
0 | ||||||
60 |
0 | ||||||
80 |
0 | ||||||
100 |
0 | ||||||
120 |
0 | ||||||
2 |
20 |
0.6 |
0 |
0.016 |
1.5 |
0.099 |
0.081 |
40 |
0.0126 | ||||||
60 |
0.0322 | ||||||
80 |
0.0128 | ||||||
100 |
0.0819 | ||||||
120 |
0.0325 | ||||||
|
3 |
20 |
0.75 |
0.0763 |
0.017 |
0.970 |
0.015 |
0.078 |
40 |
0.0156 | ||||||
60 |
0.0480 | ||||||
80 |
0.0212 | ||||||
100 |
0.0960 | ||||||
120 |
0.0282 | ||||||
|
4 |
20 |
0.85 |
0.0526 |
0.062 |
0.284 |
0.049 |
0.056 |
40 |
0.0590 | ||||||
60 |
0.0840 | ||||||
80 |
0.0601 | ||||||
100 |
0.0769 | ||||||
120 |
0.0571 | ||||||
5 |
20 |
1.00 |
0.0310 |
0.054 |
0.045 |
0.039 |
0.376 |
Продолжение таблицы 1
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
5 |
40 |
1.00 |
0.0685 |
0.054 |
0.045 |
0.039 |
0.376 |
60 |
0.0637 | ||||||
80 |
0.0315 | ||||||
100 |
0.0725 | ||||||
120 |
0.0593 |
Из кривой рисунка видно, что реакция идет и одновалентная медь образуется. Но содержание ее в растворе невелико, не превышает 0.062 моль/кг (рисунок 3).
Рисунок 3 - Типичная кривая зависимости степени превращения одновалентной меди во времени
Из полученной кривой видно, что в ходе реакции идет образование одновалентной меди. Но степень превращения ее в растворе достаточно мала. Увеличение концентрации кислоты приводит к увеличению содержания меди в растворе. Из таблицы 1 следует, что в фильтрате содержание одновалентной меди увеличивается с увеличением количества добавляемой кислоты. В поверхностных отложениях так же образуется одновалентная медь, но в незначительных количествах. Двухвалентная медь образуется как в фильтрате, так и в поверхностных отложениях, но в малых количествах.
Полученную на рисунке 1, кривую подвергнем графическому дифференцированию с целью определения константы скорости и порядка реакции образования одновалентной меди.
Рисунок 4- кривая подвергшаяся графическому дифференцированию с целью определения константы скорости и порядка реакции образования одновалентной меди.
Из графика находим lnW= -3.5, поэтому константа скорости равна 0, 03. Порядок реакции равен 0.15. Кинетическое уравнение для скорости накопления соли меди(I) в данных условиях имеет вид:
W=0.03·([Cu(HCOO)2]+x)0.15
На следующем этапе было исследовано влияние добавок на количество образовавшихся солей Cu+. Влияние природы солевых добавок на характеристики процесса представлены в таблице 2.
Таблица 2- Влияние количества добавок на количество образовавшихся солей [Cu+] в жидкой фазе. Загружено: CuSO4·5 Н2О -0,3 моль/кг; добавка соли 0,01 моль/кг; растворитель- вода, масса загрузки 40 г
№ п/п |
Время, мин |
Природа добавки |
Содержание [Cu+] в реакционной смеси, моль/кг |
Характеристики процесса | |||
Содержание в фильтрате, моль/кг |
Содержание в поверхностных отложениях, моль/кг | ||||||
[Cu+] |
[Cu2+] |
[Cu+] |
[Cu2+] | ||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
1 |
20 |
NH4Cl |
0 |
0.138 |
0.324 |
0.056 |
0.085 |
40 |
0 | ||||||
60 |
0 | ||||||
80 |
0 | ||||||
100 |
0.016 | ||||||
120 |
0.037 | ||||||
2 |
20 |
KCl |
0 |
0.036 |
0.390 |
0.059 |
0.052 |
40 |
0 | ||||||
60 |
0 | ||||||
80 |
0 | ||||||
100 |
0.017 | ||||||
120 |
0.017 | ||||||
3 |
20 |
NaCl |
0.110 |
0.054 |
0.381 |
0.026 |
0.440 |
40 |
0.121 | ||||||
60 |
0.078 | ||||||
80 |
0.058 | ||||||
100 |
0.057 | ||||||
120 |
0.015 | ||||||
4 |
20 |
AlCl3 |
0.088 |
0.047 |
0.394 |
0.070 |
0.605 |
40 |
0.073 | ||||||
60 |
0.034 | ||||||
80 |
0.046 | ||||||
100 |
0.015 | ||||||
Продолжение таблицы 2
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
4 |
120 |
0 |
|||||
5 |
20 |
BaCl2 |
0.022 |
0.045 |
0.637 |
0.475 |
0.009 |
40 |
0.014 | ||||||
60 |
0.008 | ||||||
80 |
0.029 | ||||||
100 |
0.035 | ||||||
120 |
0.043 | ||||||
|
6 |
20 |
NH4NO3 |
0.034 |
0.032 |
0.689 |
0.441 |
0.004 |
40 |
0.033 | ||||||
60 |
0.042 | ||||||
80 |
0.013 | ||||||
100 |
0.066 | ||||||
120 |
0.040 | ||||||
7 |
20 |
KNO3 |
0.462 |
0.401 |
0.164 |
0.366 |
0.034 |
40 |
0.230 | ||||||
60 |
0.378 | ||||||
80 |
0.428 | ||||||
100 |
0.310 | ||||||
120 |
0.404 | ||||||
8 |
20 |
MnCl2·4H2O |
0.284 |
0.443 |
0.159 |
0.345 |
0.067 |
40 |
0.319 | ||||||
60 |
0.366 | ||||||
80 |
0.425 | ||||||
100 |
0.376 | ||||||
120 |
0.410 | ||||||
9 |
20 |
(NH4)2SO4 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1.180 |
40 |
0 |
Продолжение таблицы 2
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
60 |
0 |
|||||
80 |
0 | ||||||
100 |
0.032 | ||||||
120 |
0 | ||||||
10 |
20 |
KHSO4 |
0 |
0 |
0.7 |
0 |
0 |
40 |
0 | ||||||
60 |
0 | ||||||
80 |
0 | ||||||
100 |
0.032 | ||||||
120 |
0 | ||||||
11 |
20 |
Ni(NO3)2 |
0 |
0 |
0.757 |
0.350 |
0.091 |
40 |
0 | ||||||
60 |
0 | ||||||
80 |
0 | ||||||
100 |
0.0531 | ||||||
120 |
0 |
Из таблицы следует, что добавление солевых добавок в реакционную смесь влияет в той или иной степени на концентрацию одновалентной меди. Так, такие добавки как: NH4Cl, KNO3, MnCl2·4H2O наиболее сильно увеличивают концентрацию одновалентной меди в фильтрате. А добавление KNO3, MnCl2·4H2O, BaCl2, NH4NO3, Ni(NO3)2 в реакционную смесь увеличивает концентрацию [Cu+] в поверхностных отложениях намного больше, чем другие добавки. Добавка, я наиболее влияющая на концентрацию одновалентной меди, как в фильтрате, так и в поверхностных отложениях является MnCl2·4H2O. Содержание [Cu+] в фильтрате составляет 0.442 моль/кг, а в поверхностных отложениях 0.345 моль/кг.
Было исследовано влияние количества добавления кислоты и соли на количество прореагировавшей меди в фильтрате и в поверхностных отложениях, результаты представлены в таблице 3.
Таблица 3- Влияние количества добавления кислоты на количество прореагировавшей меди в фильтрате и в поверхностных отложениях
HCOOH, моль/кг |
Масса меди в поверхностных отложениях, г |
Масса прореагировававшей меди,г |
0,5 |
0.055 |
0.055 |
0,75 |
0.57 |
0.600 |
0.85 |
0.005 |
0.615 |
1 |
0.005 |
0.6 |
1-количество прореагировавшей меди,
2- изменение массы поверхностных
отложений на металлической
Рисунок 5- Влияние количества кислоты на количество прореагировавшей меди
Исходя из данных рисунка 5, можно сделать выводы, что в ходе процесса расходуется медь, но в небольших количествах.
Рисунок 6- Влияние количества добавляемой соли на коррозионное поражение меди в разбавленном растворе муравьиной кислоты в присутствии сульфата меди (II)
Из рисунка видно, такие соли как: MnCl2·4H2O, BaCl2, NH4NO3,Ni(NO3)2 больше влияют на коррозионное поражение меди в разбавленном растворе муравьиной кислоты в присутствии сульфата меди (II) , а такие как: KNO3, NH4Cl, KCl, NaCl, AlCl3 влияют меньше.
Данные материального баланса по изучению влияния природы и количества солевых добавок на коррозионное поражение меди в разбавленном растворе муравьиной кислоты в присутствии сульфата меди (II) представлены в таблице 4.
Таблица 4 – Результаты расчета материального баланса при изучении влияния природы и количества солевых добавок на коррозионное поражение меди в разбавленном растворе муравьиной кислоты в присутствии сульфата меди (II)
№ п/п |
ncu |
nок |
ncu+ nок |
Содержание в поверхностных отложениях, моль/кг |
Содержание в фильтрате, моль/кг |
Суммарное содержание | ||
ncu+ |
ncu2+ |
ncu+ |
ncu2+ | |||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
1 |
8.4·10-3 |
0.012 |
0.013 |
0 |
0.790 |
0 |
1.260 |
2.050 |
2 |
9.45·10-3 |
0.012 |
0.021 |
0.015 |
0.078 |
0.017 |
0.960 |
1.077 |
3 |
9.6·10-3 |
0.012 |
0.022 |
0.049 |
0.056 |
0.062 |
0.284 |
0.451 |
4 |
9.45·10-3 |
0.012 |
0.021 |
0.054 |
0.045 |
0.040 |
0.376 |
0.538 |
5 |
11·10-3 |
0.012 |
0.023 |
0.056 |
0.085 |
0.140 |
0.320 |
0.605 |
6 |
8.6·10-3 |
0.012 |
0.021 |
0.06 |
0.052 |
0.036 |
0.400 |
0.548 |
7 |
4·10-3 |
0.012 |
0.016 |
0.026 |
0.440 |
0.054 |
0.380 |
0.901 |
8 |
7.2·10-3 |
0.012 |
0.019 |
0.070 |
0.605 |
0.047 |
0.394 |
1.116 |
9 |
1.4·10-3 |
0.012 |
0.013 |
0.475 |
0.009 |
0.044 |
0.637 |
0.936 |
10 |
3.15·10-3 |
0.012 |
0.015 |
0.44 |
0.004 |
0.032 |
0688 |
1.165 |
11 |
2.5·10-3 |
0.012 |
0.014 |
0.36 |
0.034 |
0.400 |
0.164 |
0.963 |
12 |
3.9·10-3 |
0.012 |
0.012 |
0.345 |
0.067 |
0.443 |
0.158 |
1.013 |
13 |
0 |
0.012 |
0.012 |
0 |
0 |
0 |
1.18 |
1.18 |
14 |
2.7·10-3 |
0.012 |
0.015 |
0 |
0 |
0 |
0.7 |
0.7 |
15 |
7.87·10-3 |
0.012 |
0.012 |
0 |
0.347 |
0.757 |
0.881 |
1.104 |
где ncu - количество меди,
nок – количество окислителя (CuSО4),
ncu+ nок – суммарное содержание количества окислителя и меди.
Изучение процессов с участием сульфата меди по кинетике накопления одновалентной меди влияние природы и количества солевых добавок на коррозионное поражение меди в разбавленном растворе муравьиной кислоты в присутствии сульфата меди с образованием солей меди (I) является актуальной и перспективной тематикой для исследования. При выполнении работы были сделаны следующие выводы:
1. Реакция идет и одновалентная медь образуется. Но содержание ее в растворе невелико, не превышает 0.062 моль/кг.
2. Добавление кислоты в реакционную смесь влияет на концентрацию одновалентной меди. Увеличение концентрации кислоты приводит к увеличению содержания меди в растворе. В фильтрате содержание одновалентной меди увеличивается с увеличением количества добавляемой кислоты. В поверхностных отложениях так же образуется одновалентная медь, но в незначительных количествах. Двухвалентная медь образуется как в фильтрате, так и в поверхностных отложениях, но в малых количествах.
3. Добавление солевых добавок в реакционную смесь влияет в той или иной степени на концентрацию одновалентной меди. Такие добавки как: NH4Cl, KNO3, MnCl2·4H2O наиболее сильно увеличивают концентрацию одновалентной меди в фильтрате. Добавление KNO3, MnCl2·4H2O, BaCl2, NH4NO3, Ni(NO3)2 в реакционную смесь увеличивает концентрацию [Cu+] в поверхностных отложениях намного больше, чем другие добавки.
3 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Изучение влияние природы и количества солевых добавок на коррозионное поражение меди в разбавленном растворе муравьиной кислоты в присутствии сульфата меди играет важную роль в химических исследованиях и промышленности, а также обладают очень многими полезными свойствами.
Практическая часть показала, что реакция идет и одновалентная медь образуется. Но содержание ее в растворе невелико, не превышает 0.062 моль/кг. Добавление кислоты в реакционную смесь влияет на концентрацию одновалентной меди. Увеличение концентрации кислоты приводит к увеличению содержания меди в растворе. В фильтрате содержание одновалентной меди увеличивается с увеличением количества добавляемой кислоты. В поверхностных отложениях так же образуется одновалентная медь, но в незначительных количествах. Двухвалентная медь образуется как в фильтрате, так и в поверхностных отложениях, но в малых количествах. Добавление солевых добавок в реакционную смесь влияет в той или иной степени на концентрацию одновалентной меди. Такие добавки как: NH4Cl, KNO3, MnCl2·4H2O наиболее сильно увеличивают концентрацию одновалентной меди в фильтрате. Добавление KNO3, MnCl2·4H2O, BaCl2, NH4NO3, Ni(NO3)2 в реакционную смесь увеличивает концентрацию [Cu+] в поверхностных отложениях намного больше, чем другие добавки.
