Закон распределения Нернста. Экстракция



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Закон распределения Нернста. Экстракция



 

Если взять две несмешивающиеся жидкости и добавить третий компонент, то он будет растворяться в разной степени в том и другом растворителе.

«При установлении равновесия отношение концентраций полученных растворов постоянно при данной температуре» - закон распределения Нернста (1.13).

= К, (1.13)

где - концентрации третьего компонента в I и II фазах; К - коэффициент распределения.

Если растворенное вещество диссоциирует или ассоциирует в одном из растворителей, то уравнение Нернста имеет вид:

= К, (1.14)

Для нахождения Кип логарифмируем уравнение (1.14) и получаем уравнение прямой:

Построив прямую в координатах , найдем «п» как тангенс угла наклона прямой (по любым двум точкам, лежащим на прямой) tga = .

InK можно найти из уравнения, подставив в него значения любой точки, находящейся на прямой.

Закон распределения Нернста лежит в основе процесса экстракции. Экстракция это извлечение компонента из одной фазы в другую. Экстракция бывает твердофазная - извлечение веществ из твердой фазы в жидкую (например, заваривание чая, кофе, приготовление настоек, экстрактов трав и так далее) и жидкофазная - извлечение растворенного вещества из жидкого раствора экстрагентом. Раствор извлеченного вещества в экстрагенте называется экстрактом, а исходный раствор после извлечения из него вещества называется рафинатом.

Для расчета эффективности жидкофазной экстракции используют уравнение (1.15):

, (1.15)

где х - доля неизвлеченного вещества в рафинате;

V - объем исходного раствора;

- объем экстрагента;

К - коэффициент распределения

;

п - число экстракций.

Как видно из уравнения (1.15), чем больше экстракций, тем меньше остается вещества в рафинате, то есть неизвлеченным, тем больше вещества извлекается экстрагентом. Эффективность экстракции в большой степени определяется величиной коэффициента распределения: чем больше коэффициент в пользу экстрагента, тем эффективнее экстракция.

Часто в справочнике дается коэффициент распределения как отношение концентраций в рафинате к экстракту, то есть величина, обратная той, что должна быть в уравнении (1.14). В этом случае следует взять величину обратную справочной и использовать в уравнении (1.15), или использовать другое уравнение, где

 

Примеры решения задач

Задача 1

50 г водного раствора FeCl2 с моляльностью 1,97 моль/кг с плотностью 1,332 г/см3 смешали со 150 мл 5 масс. % раствора FeCl2 с плотностью 1,038 г/см . Выразить состав полученного раствора всеми возможными способами.

Дано:

Раствор 1: Раствор 2:

=50r = 150 мл

b =1,97моль/кг

= 1,332 г/см3 = 1,038 г/см3

b3 = ? W3 = ? Х 3= ?

Решение:

Для каждого раствора найдем массу FeCl2 и Н20.

Раствор 1: b = 1,97 моль/кг, то есть на 1 кг воды приходится 1,97 моль FeCl2,

= l,97×MFeCl2 = 1,97∙127,5 =251 г; = 1000 г ; mp.pa= 1251 г

1251 г (р-ра) - 251г FeCl2 ;

50 г р-ра - х FеCl2

г.

Итак, в растворе 1: = 10 г;

= 50 – 10 = 40 г.

Раствор 2: m р.ра =r∙V = 1,038 ∙ 50 =156 г;

= 156-8= 148 г

Раствор 3: m р-pa = 50 + 156 = 206 г ; =10 + 8=18г

mH2O =40+ 148 = 188 г

b

Рассчитать молярную концентрацию нет возможности, поскольку неизвестна плотность полученного раствора.

 

Задача 2

При 100 °С тетрахлорэтилен имеет давление насыщенного пара 400 мм.рт.ст., а бромбензол - 196 мм.рт.ст.. Найти состав раствора, кипящего при 100 °С под давлением 360 мм.рт.ст., и состав насыщенного пара над раствором. Считать раствор идеальным.

Дано:

=400 мм.рт.ст.

= 196 мм.рт.ст.

t = 100 °С

Pобщ = 360 мм.рт.ст.

 

Решение:

Кипение наступает тогда, когда внешнее давление и давление насыщенного пара равны. Следовательно, 360 мм.рт.ст. - это и внешнее давление и общее давление насыщенного пара над раствором.

;

 

Задача 3

При 25 °С константа распределения иода между водой и амиловым спиртом равна 0,00435. Сколько граммов иода останется в трех литрах водного раствора (С = 1,3 г/л) после двухкратной экстракции амиловым спиртом, если всего израсходовано 400 мл спирта?

Дано:

К = 0,00435 =

=1,3г/л

п = 2

V= 3 л

= 400/2 = 200 мл = 0,2 л

= ?

Решение:

Экстрагентом является амиловый спирт. Следовательно, данная константа распределения является обратной, требуемой в уравнении для расчета эффективности экстракции:

Рассчитываем константу распределения:

- доля иода, оставшегося в рафинате.

Масса растворенного иода в исходном растворе:

m = m0×x = 3,9.0,0037 = 0,014 г - масса иода, оставшегося в рафинате

 

Задача 4

Закрытый сосуд объемом 5,0 л содержит газ Н2S при температуре 20 0С и давлении равном 740 мм. рт. ст. Какой объем воды должен быть добавлен, чтобы парциальное давление Н2S понизилось до 500 мм. рт. ст.? Коэффициент абсорбции Н2S (α) равен 2,58.

 

Дано:

= 5,0 л = 5,0∙10-3 м3

t1 = 20 0C

T1 = T2 = 293 K

P = 740 мм.рт.ст.= 0,984∙105 Па

α = 2,58

- ?

 

Решение:

Понижение давления происходит за счет растворения части Н2S в воде. Рассчитаем исходное количество Н2S и остаточное количество Н2S после растворения его в воде.

Пренебрежем изменением объема газа за счет добавления воды, то есть V2 = V1.

Рассчитаем количество Н2S, растворенное в воде:

Рассчитаем V0 – объем Н2S, приведенный к нормальным условиям (Р = 1,0133∙105 Па, Т = 273,15 К), который растворен в воде:

 

Задача 5

Метан плавится при температуре 90,5 К, его теплота плавления равна 70,7 Дж/моль. Определить растворимость метана в жидком азоте при температуре 50 К.

 

Дано:

 

Решение:

Обычно мы знаем метан как газ, но в данном случае речь идет о твердом метане при температуре ниже его температуры плавления. Следовательно, надо найти растворимость твердого вещества в жидкости, что можно выполнить по уравнению Шредера:

 

 

Вопросы для самоконтроля

1. Смешение двух жидкостей сопровождается выделением теплоты и уменьшением объема. Какой тип отклонения от закона Рауля в данной системе?

2. Растворимость твердого вещества в жидкости является идеальной. Как изменится растворимость при понижении температуры?

3. Одинаковы ли величины осмотического давления КСl и сахара в воде, если их моляльности равны?

4. Изобразить диаграмму двух жидкостей в координатах (Ткип.- состав) для системы с положительным отклонением от закона Рауля, имеющей азеотроп состава хА = 0,5; причем > .

5. Система, состоящая из жидкостей А и В, имеет максимум на диаграмме (Ткип.- состав). Провести перегонку растворов с хА = 0,8 и хВ = 0,8. Что отгоняется и что остается в кубе?

6. В какой воде – дистиллированной или морской – больше растворяется кислорода?

7. Какие из перечисленных веществ можно перегонять с водяным паром: С6Н6, NaCl,С2Н5ОН, СН3СООН, С6Н52, С10Н8?

8. Коэффициент распределения иода между:

водой и четыреххлористым углеродом - 0,0117;

водой и сероуглеродом - 0,0017;

водой и хлороформом - 0,0074.

Каким из перечисленных экстрагентов наиболее эффективно извлекать иод из водного раствора?

9. Что называется термодинамической активностью?


 

ЭЛЕКТРОХИМИЯ

 



Последнее изменение этой страницы: 2016-08-14; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.233.219.62 (0.012 с.)