水鹽體系相平衡測(cè)定及硫酸鉀和氯化鈉的制備實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告

水鹽體系相平衡測(cè)定及硫酸鉀和氯化鈉的制備實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告實(shí)驗(yàn)日期：2009.12.09一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握溶解度數(shù)據(jù)的測(cè)定方法。能繪制干基四元正方形相圖并學(xué)會(huì)分析和研究相圖，模擬工藝流程的計(jì)算機(jī)程序。2、通過相圖進(jìn)行研究分析研究獲得制備各種產(chǎn)品難易的信息，提出工藝路線開展試驗(yàn)研究確定較合適的工藝路線，通過實(shí)驗(yàn)了解化工產(chǎn)品的開發(fā)過程和方法，掌握化工產(chǎn)品生產(chǎn)工藝過程的基本技能。二、實(shí)驗(yàn)原理：1、水鹽體系相平衡數(shù)據(jù)的測(cè)定相平衡數(shù)據(jù)的測(cè)定方法有很多，常用的比較重要的方法是等溫法和多溫法。等溫法：在某一恒定的溫度下，是一定組成的系統(tǒng)在試驗(yàn)裝置內(nèi)達(dá)到相平衡，然后直接測(cè)定液相的組成并液相呈平衡的固相情況，從而獲得相平衡數(shù)據(jù)。要測(cè)定一個(gè)未知的多元體系的相平衡數(shù)據(jù)，應(yīng)按照由二元、三元到多元，由簡(jiǎn)到繁的程序進(jìn)行。該法測(cè)定結(jié)果可靠準(zhǔn)確，但較麻煩費(fèi)時(shí)。多溫法通過測(cè)定不同組成的體系在變溫過程中發(fā)生相變是的溫度，得到組成與相變溫度關(guān)系曲線，進(jìn)而根據(jù)作圖可確定體系的相平衡數(shù)據(jù)。變溫過程可以是冷卻也可以是加熱。多溫法測(cè)定比較簡(jiǎn)單，只需要配好各種組成的系統(tǒng)，進(jìn)行冷卻或者加熱，測(cè)定發(fā)生相變的溫度即可。并可獲得一定溫度范圍內(nèi)的連續(xù)數(shù)據(jù)。但是猶豫進(jìn)程可能發(fā)生過冷現(xiàn)象，會(huì)使相變的溫度測(cè)定不準(zhǔn)確；另外，對(duì)于多元體系其剖面選擇有限，難免漏掉小的飽和面，測(cè)定結(jié)果不夠準(zhǔn)確。2、相圖標(biāo)繪分析及硫酸鉀與氯化鈉制備工藝可根據(jù)實(shí)際測(cè)定25℃和100℃相平衡數(shù)據(jù)容易繪制出K+、Na+//Cl-、SO42—H2O體系的相圖。25℃時(shí)候一共存在6個(gè)結(jié)晶區(qū)間，他們分別是AEGF→Na2SO4·10H2O結(jié)晶區(qū)、FHRG→Na2SO4結(jié)晶區(qū)、HRJKB→NaCl結(jié)晶區(qū)、EGRJPM→Na2SO4·3K2直接法生產(chǎn)K2SO4:把配料組成點(diǎn)配制為a點(diǎn)，其反應(yīng)為Na2SO4+2KCl+W→K2SO4+P,其中W為水，P為含有Na間接法生產(chǎn)K2SO4:把配料組成點(diǎn)配制成為點(diǎn)“1”處，其反應(yīng)方程式：Na2SO4+2KCl+W1→Na2SO4·3K2SO4+R，其中W1為水，R為含有Na+、SO42—、K+、Cl-、H2O的鹽溶液，Na閉路法生產(chǎn)K2SO此工藝在間接法的基礎(chǔ)上回收了R鹽溶液中的NaCl和鉀芒硝g。有R點(diǎn)組成經(jīng)人為調(diào)節(jié)到“4”處于100℃點(diǎn)處，蒸發(fā)掉部分水分，由于溶液“4”處于100℃時(shí)候NaCl結(jié)晶區(qū)內(nèi)，故析出NaCl，過濾得到NaCl和C100℃鹽溶液。C100℃鹽溶液處于25℃的鉀芒硝結(jié)晶區(qū)內(nèi)，故當(dāng)冷卻至25℃時(shí)，得到鉀芒硝和鹽溶液“3”，把鉀芒硝和鹽溶液“3”反復(fù)應(yīng)用，并結(jié)合25℃和100℃條件的相圖的應(yīng)用，理論上鉀的收率達(dá)到100%。三、工藝流程和模擬計(jì)算依據(jù)相圖分析大致可提出三種工藝路線，即直接法、間接法、閉路法。各自流程擬定如下：直接法見圖2，間接法見圖3，閉路法見圖4.K2cl2Na2SO425℃25℃W液固分離H2O液固分離鹽漿圖2直接法工藝流程P（鹽液）K2SO4K2cl2Na2SO4K2cl2Na2SO4固液分離25℃反應(yīng)固液分離25℃反應(yīng)固液分離25℃反應(yīng)固液分離25℃固液分離25℃固液分離25℃W1W（H2O）H2O鹽漿鹽漿K2cl2R（鹽液）g1（復(fù)鹽）R（鹽液）W2H2Og2（復(fù)鹽）鹽漿P（鹽液）K2SO4圖3間接法生產(chǎn)K2SO4工藝流程四、實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法相平衡數(shù)據(jù)測(cè)定方法：（1）加熱水浴于25±0.05℃；（2）按相圖R、P點(diǎn)用臺(tái)秤稱量，干鹽總量不超過20g；（3）先加入少量水于平衡管中，在依次加入Kcl、Nacl、Na2SO4、K2SO4，開攪拌器，最后把所有水量全部倒入平衡管中，記時(shí)間、溫度、平衡攪動(dòng)2—3小時(shí)；（4）停止攪動(dòng)，靜止澄清1—2小時(shí)，分別取清液分析和濕渣固體分析或固體鑒定。制備K2SO4的方法：（1）加熱水浴25℃，按相圖用杠桿原理或用R、P、g的溶解度數(shù)據(jù)計(jì)算物系點(diǎn)“1”、“a”、“3”、“b”所需各自原料量，干鹽總量不超過50g；（2）按物系點(diǎn)計(jì)算出所需的Na2SO4、Kcl、W（H2O）、g（復(fù)鹽）、p（鹽溶液）、R（鹽溶液）的量，用臺(tái)秤稱量；（3）開攪拌器，先加入少量水于反應(yīng)器中，然后依據(jù)不同反應(yīng)依次加入Kcl、g（復(fù)鹽）、Na2SO4，最后把所余的水全部加入，記溫度、時(shí)間，反應(yīng)3—4小時(shí)；（4）反應(yīng)結(jié)束后，鹽漿用真空系統(tǒng)過濾，收集固體和液體，并用臺(tái)秤稱量，關(guān)閉反應(yīng)體系和真空體系；（5）用分析天平稱固、液樣品，用重量法測(cè)定固、液體中K+含量，用容量法測(cè)固、液中的cl-、SO4含量；（6）根據(jù)分析結(jié)果計(jì)算K2SO4中K+、cl-、SO42-的含量，鉀芒硝中K+、cl-、SO42-的含量，K+收率。制備Nacl的方法：①按相圖，用杠桿原理或用100℃和“4”點(diǎn)溶解度數(shù)據(jù)計(jì)算蒸發(fā)的水量；②用電爐蒸發(fā)水量，用臺(tái)秤稱量；③在100±5℃條件下過濾，并稱量固體質(zhì)量；④用分析天平稱取樣品，用容量法測(cè)定cl-的含量；⑤計(jì)算Nacl的含量。相平衡數(shù)據(jù)測(cè)定方法：（1）加熱水浴于250.05℃；（2）按相圖R、P點(diǎn)用臺(tái)秤稱量，干鹽總量不超過20g；（3）先加入少量水于平衡管中，再一次加入KCl、NaCl、Na2SO4,開攪拌器，最后把所有水量全部倒入平衡管中，記時(shí)間、溫度、平衡攪動(dòng)2-3小時(shí)；（4）停止攪動(dòng)，靜止澄清1-2小時(shí)，分別取清液分析和濕渣固體分析。制備K2SO4的方法：（1）加熱水浴25℃，按相圖用杠桿原理或用R、P、g的溶解度數(shù)據(jù)計(jì)算物系點(diǎn)“1”、“a”、“3”、“b”所需各自的原料量，干鹽總量不超過50g；（2）按物系點(diǎn)計(jì)算出所需的Na2SO4、Kcl、W（H2O）、g（復(fù)鹽）、p（鹽溶液）、R（鹽溶液）的量，用臺(tái)秤稱量；（3）開攪拌器，先加少量水于反應(yīng)器中，然后依據(jù)不同反應(yīng)一次加入Kcl、g（復(fù)鹽）、Na2SO4，最后把所余的水全部加入，記溫度、時(shí)間，反應(yīng)3-4小時(shí)；（4）反應(yīng)結(jié)束后，鹽漿用真空系統(tǒng)抽濾，收集固體和液體，并用臺(tái)秤稱量，關(guān)閉反應(yīng)系統(tǒng)和真空系統(tǒng)；（5）用分析天平稱固、液樣品，用重量法測(cè)定固、液體中K+的含量，用容量法測(cè)量固、液中Cl-、SO42-含量；（6）根據(jù)分析結(jié)果計(jì)算K2SO4中K+、Cl-、SO42-的含量，鉀芒硝中K+、Cl-、SO42-的含量及K+的收率。氯離子含量的測(cè)定：測(cè)定原理在中性或弱堿性溶液中以鉻酸鉀（K2CrO4）為批示擠，用硝酸銀（AgNO3）直接滴定，其反應(yīng)如下：Nacl+AgNO3→NaNO3+Agcl↓（白色）Mgcl2+2AgNO3→Mg（NO3）2+2Agcl（白色）Kcl+AgNO3→KNO3+Agcl↓（白色）K2CrO4+2AgNO3→2KNO3+AgCrO4↓（磚紅色）因?yàn)槁然y的濃度積較鉻酸銀小，所以氯化銀先沉淀，直至溶液中氯離子全部變?yōu)槁然y沉淀后，則磚紅色鉻酸銀沉淀出現(xiàn)，即為滴定終點(diǎn)。儀器和試劑25毫升移液管，250毫升容量瓶。L：液體5ml（準(zhǔn)確到四位小數(shù)）溶于500ml容量瓶中。S：固體1g（準(zhǔn)確到四位小數(shù)）左右溶于250ml兩瓶中。250高升錐形瓶，50毫升量筒，50毫升棕色滴定管；5%K2CrO4和0.05NAgNO3(3)測(cè)定手續(xù)用移液管吸取10毫升上面制備的稀釋液于250毫升錐形瓶中，加入約20毫升蒸餾水，加5%K2CrO4批示擠5~7滴，在充分搖動(dòng)下，用0.065NAgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至懸濁液由淡黃色變?yōu)槲⒋u紅色，經(jīng)充分搖動(dòng)后不消失，即為終點(diǎn)。（4）計(jì)算方法Cl-%=式中V——滴定時(shí)所消耗的0.05NAgNO3毫升數(shù)；N——AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液的當(dāng)量度；G——L,S樣品重量；0.03546——CT的毫克當(dāng)量，克。（5）注意事項(xiàng)①溶液的PH最好為9，不得高于10.5及低于6.5。因?yàn)槿芤簽樗嵝詴r(shí)，則AgNO3+H2SO4→Ag2SO4+H2CrO4會(huì)降低生成Ag2CrO4的靈敏度，同時(shí)Ag2CrO4能溶解于酸中。當(dāng)溶液為堿性時(shí)，則AgNO3+NaOH→AgOH+NaNO32AgOH→Ag2O↓(黑色)+H2O硫酸鈉含量的測(cè)定：用Bacl2標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定試樣中的SO4-，使沉淀帶負(fù)電荷。當(dāng)達(dá)到等當(dāng)點(diǎn)后，過量的鋇離子（Ba++）被硫酸鋇吸附，使沉淀帶正電荷，此時(shí)，帶負(fù)電荷的指示劑離子（C14H4OS-）被吸附于沉淀表面，與Ba++生成紅色的絡(luò)合物。溶液中加乙醇可降低BaSO4溶解度，并能得到表面積較人的細(xì)小BaSO4結(jié)晶，使吸附能力增強(qiáng)，終于變色明顯。用6N醋酸（HAc）調(diào)整溶液深度，使PH在3～3.5之間，避免碳酸根（CO4-）的干擾。儀器和試劑分析天平，稱量瓶，10毫升移液管，250毫升容量瓶，25毫升滴定管，250毫升燒杯，10毫升量筒，30毫升滴瓶；0.2%茜素紅，6NHAc，無(wú)水乙醇，0.1Bacl2標(biāo)準(zhǔn)溶液。測(cè)定手續(xù)用稱量瓶在分析天平上稱取S：固體1～2g（準(zhǔn)確到四位小數(shù)）；L：液體7.5～8g（準(zhǔn)確到四位小數(shù)）。置于250毫升燒杯中，加入100毫升溶解。溶液移入250毫升容量瓶，用水洗滌燒杯數(shù)次，洗滌并入容量瓶，然后以水稀釋至刻度，搖勻。用移液管取10毫升稀釋液注入250毫升燒杯中，加5毫升H2O加茜素紅的指示劑6滴，6NHAc3毫升，搖勻后，再加無(wú)水乙醇10毫升，迅速以0.1NBacl2滴定，將到終點(diǎn)時(shí)每次加入Bacl2應(yīng)間隔3～5秒鐘，并充分?jǐn)嚢瑁敝翍覞嵋撼尸F(xiàn)淡紅色為終點(diǎn)。計(jì)算方法：Na2SO4%=V×N式中：V——所消耗Bacl2標(biāo)準(zhǔn)溶液的毫升數(shù)；