Закон распределения. Экстракция.

    Пример 1. 0,1 моль спирта распределяется между 300 мл воды и 500 мл CCl₄. Найти концентрации спирта (моль/л) в равновесных растворах. Коэффициент распределения этилового спирта между четыреххлористым углеродом и водой равен 0,0244.

    Решение:

По закону распределения:

где С₁ – концентрация растворённого вещества в первом растворителе (CCl₄);

 С₂ – концентрация растворённого вещества во втором растворителе (Н₂О).

К – коэффициент распределения

    Число молей спирта, перешедшего в четыреххлористый углерод обозначим через Х, тогда:                                                                                  

    В воду перейдет оставшееся количество спирта, равное (0,1 – Х) моль, следовательно:                                                                                               

Подставив С₁ и С₂ в уравнение получим                                                        

Откуда Х = 0,0039 моль

 моль/л            моль/л

                                    

    Пример 2. 0,3 г кристаллического йода растворено в 1 л воды. Рассчитайте эффективное число ступеней экстракции этого раствора сероуглеродом, если сероуглерод берётся порциями по 100 мл. Конечная концентрация йода в воде составляет 1×10-6 г/л? Коэффициент распределения йода между водой и сероуглеродом равна 0,0017.

    Решение:

Формула расчёта процесса экстракции:

где g₀ – исходное количество вещества, подвергающееся экстрагированию;

V₀ – объём раствора, в котором находится экстрагируемое вещество;

V_э – объём растворителя (экстрагента), израсходованный на одно экстрагирование;

n – общее число ступеней экстракции;

К – коэффициент распределения.

                 lg g_n = lg g₀ + n lg KV₀      , откуда

                                                  V_э + KV₀

Задачи для самостоятельного решения

62. Чему равен коэффициент распределения янтарной кислоты между водой и эфиром, если концентрация янтарной кислоты в эфирном слое равна 1,21г/л, а в водном слое – 2,2 г/л?

63. Определить коэффициент распределения йода между четыреххлористым углеродом и водой при 25°С, если при этой температуре, раствор йода в четыреххлористом углероде содержит 4,41 г/л вещества и находится в равновесии с раствором йода в воде, содержащем 0,0516 г/л йода.

64. Найти коэффициент распределения пикриновой кислоты между бензолом и водой, если концентрация кислоты в бензольном слое равна 0,07 моль/л, а в водном растворе – 0,02 моль/л. В воде пикриновая кислота имеет степень диссоциации, равную 0,164.

65. Определить молярность йода в равновесных растворах, полученных при добавлении к 400 мл раствора йода в эфире, содержащего 1,554 г йода, 300 мл раствора йода в глицерине, содержащего 2,483 г йода. Коэффициент распределения йода между глицерином и эфиром равен 0,21.

66. Раствор йода в хлороформе, содержащий 19,63 г йода в 1 л, находится в равновесии с раствором йода в воде, содержащим 0,1524 г йода в 1 л. Температура раствора 25°С. Какова растворимость йода в хлороформе, если растворимость йода воде равна 0,34 г/л?

67. 0,2 моля спирта смешали с 100 мл четыреххлористого углерода и 200 мл воды. Определитеконцентрации растворов этилового спирта в четыреххлористом углероде и воде. Коэффициент распределения этилового спирта между четыреххлористым углеродом и водой равен 0,0244.

68. Какое количество валериановой кислоты можно извлечь из 100 мл раствора кислоты в спирте, полученного действием перманганата калия на амиловый спирт. Раствор содержит 3,7 г кислоты. Экстрагентом служит диэтиловый эфир объёмом 30 мл? Коэффициент распределения валериановой кислоты равен 0,043.

69. Рассчитайте, какое количество n-толуидина можно извлечь из 100 мл водного слоя дистиллята, полученного при перегонке n-толуидина с водяным паром. Содержание n-толуидина в дистилляте 1,5 г. Экстрагентом служит бензол объёмом 40 мл. Коэффициент распределения равен 0,0183?

70. 100 мл водного раствора, содержат 8 г фенола. В качестве экстрагентов взяли хлороформ (К = 0,081), амиловый спирт (К = 0,0666), толуол (К = 0,11). Объём каждого растворителя равен 50 мл. Определите, какой из растворителей более эффективен в качестве экстрагента, и какое количество фенола можно извлечь экстракцией каждым из растворителей.

71. Рассчитайте, какое количество HgBr₂ можно извлечь из 200 мл 0,01 М водного раствора с помощью 400 мл бензола с помощью одно-, двух- и трёхкратной экстракцией. Коэффициент распределения HgBr₂ между водой и бензолом равен 0,893.

72. Определить, сколько воды потребуется для извлечения уксусной кислоты из 500 мл её раствора в амиловом спирте, содержащего 0,1 моль кислоты, если концентрация её в водном растворе должна быть доведена до 0,05 моль/л. Коэффициент распределения CH₃COOH между амиловым спиртом и водой равен 0,914.

73. Рассчитайте, какое количество фенилуксусной кислоты можно извлечь из 100 мл водного раствора, полученного при синтезе фенилуксусной кислоты с помощью 2-кратной экстракции. Содержание кислоты в растворе 2,5 г. В качестве экстрагентов взяли хлороформ (К = 0,09), толуол (К = 0,28). Объём каждого растворителя равен 40 мл. Определите, какой из названных растворителей является лучшим экстрагентом?

74. ПДК фенола в воде 0,5 кг/м3. Начальное содержание фенола в отработанных водах равно 8 кг/м3. Исходный объём воды 10 м3. Возможно ли повторное использование отработанных вод, если провести 4-кратную обработку этих вод бензолом, и для этого каждый раз использовать по 1 м3 свежего экстрагента? В системе вода – бензол коэффициент распределения фенола равен 0,20.

75. При 25°С растворимость йода в воде равна 0,34 г/л. Коэффициент распределения йода между сероуглеродом и водой равен 592. Какое количество йода останется в 200 мл водного раствора, после взбалтывания его с 150 мл сероуглерода?

76. Необходимо извлечь30% лимонной кислоты из 45 мл раствора кислоты в эфире. Сколько для этого необходимо взять воды в качестве экстрагента при трёхкратной экстракции, если коэффициент распределения кислоты между водой и эфиром равен 153?

77. Необходимо извлечь 50% уксусной кислоты из 250 мл водного раствора. Сколько для этого необходимо взять эфира в качестве экстрагента при однократной экстракции, если коэффициент распределения между водой и эфиром равен 1,86.

78. Необходимо извлечь 65% йода из 350мл водного раствора. Сколько для этого необходимо взять четыреххлористого углерода в качестве экстрагента при однократной экстракции, если коэффициент распределения между четыреххлористым углеродом и водой равен 85,5.

79. Сколько йода можно извлечь из 0,7 л водного раствора содержащего 0,13г йода, с помощью 55 мл четыреххлористого углерода, если коэффициент распределения йода между водой и четыреххлористым углеродом равен 0,0124?

80. Необходимо извлечь 35% SO₂ из 1 л раствора SO₂ в хлороформе. Сколько для этого необходимо взять воды в качестве экстрагента при двухкратной экстракции, если коэффициент распределения SO₂ между водой и хлороформом равен 0,954.