Исследование растворимости и взаимодействия в системе kнсо3 – KCl – Н2О при 30 °с Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 541.8:541.123.31:546.32

■а о

Показано, що ізотерма розчинності системи КНСО3 - KCl - Н2О при 30°С має простий евтонічний тип з явищем висолювання KCl. Визначено, що в системі міститься карбонат калію, який утворився в результаті інконгруентної фазової реакції гідролізу та декарбонізації

Ключові слова: розчинність, гідрокарбонат калію, карбонат калію

□----------------------------------□

Показано, что изотерма растворимости системы КНСО3 - KCl - Н2О при 30°С имеет простой эвтонический тип с явлением высаливания KCl. Установлено, что в системе содержится карбонат калия, образовавшийся в результате инконгруэнтной фазовой реакции гидролиза и декарбонизации

Ключевые слова: растворимость, гидрокарбонат калия, карбонат калия

□-------------------------------------------------□

It is shown that solubility isotherm of KHCO3

- KCl - H2O system at 30°C has simple ephto-nical type with the phenomenon of KCl salting-out. It is established that the system contains potassium carbonate, formed by the incongruent phase reaction of hydrolysis and decarbonization

Key words: solubility, potassium hydrocarbonate, potassium carbonate

■O Q

Введение

Растворимость имеет прикладное значение для технологии получения солей и определяет рациональные параметры ее осуществления. Тройная система КНСО3 - КС1 - Н2О при 30°С является оконтуривающей четверной взаимной системы К+, (C2H5)2NH2+ // НСО3-, С1" - Н20, лежащей в основе процесса образования гидрокарбоната калия сразу в кристаллическом виде и карбоната калия (поташа) из хлорида калия, диэтила-мина, диоксида углерода. Экспериментальные данные в системе дают возможность установить, как вести реакцию жидкостно-газо-твердофазного осаждения

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСТВОРИМОСТИ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В СИСТЕМЕ КНСО3 - KCL - Н2О ПРИ 30°С

В.В. Панасенко

Аспирант*

Контактный тел.: (0572) 63-39-61 E-mail: panasenkovv@i.ua Г.И. Гринь

Доктор технических наук, профессор, проректор по научно-педагогической работе* Контактный тел.: (057) 707-63-53 E-mail: gryn@kpi.kharkov.ua *Кафедра химической технологии неорганических веществ, катализа и экологии Национальный технический университет «Харьковский

политехнический институт» ул. Фрунзе, 21, г. Харьков, Украина, 61002 В.О. Панасен ко Доктор технических наук, профессор, начальник отдела Государственный научно-исследовательский и проектный институт основной химии ул. Мироносицкая, 25, г. Харьков, Украина, 61002 Контактный тел.: (057) 714-09-44 E-mail: panasenko2004@bk.ru С.А. Мазунин Доктор химических наук, профессор, заведующий

кафедрой

Кафедра неорганической химии Пермский государственный университет ул. Букирева, 15, г. Пермь, Россия, 614015 Контактный тел.: (3422) 39-63-03.

E-mail: smazunin@psu.ru

КС1р-р + (C2H5)2NHp-p + СО2 г + H2O = КНСО3 т +

+ (C2H5)2NH2Clp-p,

i чтобы в осадке находился КНСО3, и как влияет

отношение KC1 и КНСО3 на солевой состав образующихся твердых фаз и насыщенного раствора, что и [ явилось целью настоящих исследований. В литературе таких данных не обнаружено.

Ранее система КНСО3 - KC1 - Н2О изучалась при : 20°C T. Wasag [1, 2], а при 25°C М.П. Зубаревым уста-

новлено присутствие в насыщенных растворах карбоната калия [3].

Е

Экспериментальная часть

Изучение растворимости проводили препаративным методом при температуре 30±0,1°С в водяном термостате.

Состав равновесной твердой фазы определяли видоизмененным методом остатков [4-6] с учетом того, что точка состава исходной реакционной смеси, как и точка состава «остатка» находится на одной прямой, соединяющей точки состава кристаллизующейся фазы и насыщенного раствора.

Исходную навеску помещали в сосуд, оборудованный термостатируемой рубашкой и механической мешалкой. С целью наиболее быстрого установления равновесия (2-3 ч) компоненты смешивали в определенной последовательности. Сначала в воду добавляли менее растворимый компонент (хлорид калия), термостатировали при перемешивании в сосуде в течение 3-5 мин, затем добавляли более растворимую соль (гидрокарбонат калия) и систему снова термостатировали в течение такого же промежутка времени.

Факт установления равновесия фиксировали, измеряя показатель преломления раствора на рефрактометре RL1 каждые 20 мин. Измерения производили через 40 мин от начала опыта. Равновесие считали достигнутым, если три последовательных значения отличались друг от друга не более чем на 0,0005. После установления равновесия (4 ч) перемешивание прекращали, давали раствору осветлиться и отбирали образцы жидкой фазы на анализ в мерные колбы с дистиллированной водой.

При изучении водно-солевой системы проводили планирование эксперимента с целью уменьшения затрат времени на определение составов эв-тонических растворов и линий моновариантного равновесия [5].

Сост а в ж ид кой фа зы ус та н а в л ив а л и а на л ит и-ческим методом [7,8]. Содержание хлорид-ионов определяли аргентометрическим титрованием. Эквивалентную точку находили по функциональной зависимости потенциала серебряного электрода от количества добавленного раствора нитрата серебра. В качестве электрода сравнения использовался стеклянный электрод.

Пробу подкисляли 1 мл 85%-й фосфорной кислоты. Измерение потенциала серебряного электрода во время титрования проводили на иономере ЭВ-74.

Определение содержания карбонат- и гидрокарбонат-ионов осуществляли прямым потенциометрическим ацидометрическим титрованием [7,8].

Определение ионов калия проводили пламеннофотометрическим методом на фотометре фирмы Zeiss. В качестве регистратора использовали цифровой прибор Ф-30.

Степень гидролиза и декарбонизации раствора в процентах, определяемой как отношение ионов [СО32-] к сумме ионов [НСО3-] и [СО32-] вычисляли по уравнению

где [НСО3-], [СО32-] - содержание в составе жидкой фазы соответственно гидрокарбонат-, и карбонат ионов (моль-кг-1).

Для работы использовали реактивы: гидрокарбонат калия квалификации ч. д. а.; хлорид калия - ч. д. а. (перекристаллизованный, растворимость в воде 27,31 мас.% при температуре 30 °С); соляная кислота из фик-санала; нитрат серебра - ч. д. а.; фосфорная кислота

- ч. д. а. (81 мас.%, плотность 1,67).

Результаты и их обсуждение

Таблица

Экспериментальные данные по растворимости в системе КНСО3 - KCl - Н2О при 30°С

Состав насыщенного раствора, мас. % Твердая фаза Отношение H2O / KCl, моль/моль R* %

КНСО3 К2СО3 KCl Н2О

26,44 2,81 - 70,75 КНСО3 - 7,15

17,81 8,56 5,74 67,89 КНСО3 48,96 25,82

17,27 3,99 12,57 66,17 КНСО3 21,79 14,34

12,88 3,93 16,88 66,31 КНСО3 16,26 18,10

13,7 6,19 12,11 68,00 КНСО3 23,24 24,66

13,39 1,24 20,14 65,23 КНСО3 + KCl 13,41 6,29

14,40 1,72 19,85 64,03 КНСО3 + KCl 13,35 7,96

5,50 0,13 22,47 71,90 KCl 13,25 1,68

10,23 0,13 20,49 69,15 KCl 13,97 0,91

- - 27,31 72,69 KCl 11,02 -

R„(%) =

[CO32-]

[CO:

з ] + [HCO3-]

-100

Изотерма растворимости имеет простой эвтони-ческий тип с явлением высаливания KCl (таблица, рис. 1.). На комбинированной проекции изотермы растворимости системы имеются следующие поля: Н2О - R1 - е12 - R2 - Н2О, отвечающее ненасыщенным растворам; КНСО3 - R1 - е12 - КНСО3 и KCl -R2 - е12 - KCl, соответствующие двухфазным равновесиям насыщенных растворов и кристаллов гидрокарбоната и хлорида калия соответственно; КНСО3 - е12 - KCl - КНСО3, являющееся полем нонвариантного равновесия эвтонического раствора, состав которого изображен точкой е12, кристаллов гидрокарбоната и хлорида калия. Наибольшую область на диаграмме занимает поле совместной кристаллизации KHC03 и KCl. Судить о влиянии KCl на растворимость KHC03 не представляется возможным из-за большого разброса экспериментальных данных.

Гидрокарбонат калия на диаграмме является условным компонентом, содержание которого равно сумме содержаний KHC03 и K2C03 в насыщенном растворе.

3

Содержание K2C03 в точках отображено вертикальными штрихами, направленными вниз от точки проекции. Впервые установлено, что данная система содержит карбонат калия, который образовался в результате инконгруэнтной фазовой реакции гидролизаидекарбонизации.Концен-трационный ход линии моновари-антных равновесий вдоль кривой Ri - е12 - R2 изотермы показывает существенное влияние на степень гидролиза и декарбонизации раствора ^д) отношения [Н2О] и [KCl]. С его уменьшением от 48,96 до 11,02 Rд соответственно уменьшается от 25,82 до 0,91%.

Выводы

Показано, что изотерма растворимости системы

KHC03 - KCl - Н2О при 30°С имеет простой эвтонический тип с явлением высаливания KCl. Наибольшую область на диаграмме занимает поле совместной кристаллизации KHC03 и KCl. Судить о влиянии KCl на растворимость KH-СО3 не представляется возможным из-за большого разброса экспериментальных данных. Установлено, что в системе содержится карбонат

калия, образовавшийся в результате инконгруэнтной фазовой реакции гидролиза и декарбонизации.

Н2°

KHCO,

KCl

Рис. 1. Комбинированная проекция изотермы растворимости системы КНСО3 - KCl - Н2О при 30°С

Литература

1. Wasag T. Otrzymywanie potazu metoda aminowa z zastosowaniem dwuetyloaminy / [T. Wasag, T. Wasag, U. Siewielec, G. Poleszczuk]

// Przemysl chemiczny. - 1974. - № 2. - P. 94 - 97.

2. Wasag T. Zastoswanie amin do produkcji weglanow alkalicznych / T. Wasag, T. Wasag, G. Poleszczuk // Chemik. - 1976. - Vol. 29,

№ 9. - P. 293 - 297.

3. Зубарев М.П. Фазовые равновесия в системе K+, Na+, (C2H5)2NH2+ // Cl-, HCO3- - H2O: дис. кандидата хим. наук: 02.00.01 /

Зубарев Михаил Павлович. - Пермь, 2000. - 191 с.

4. Аносов В.Я., Озерова М.И., Фиалков Ю.Я. Основы физико-химического анализа. - М.: Наука, 1976. - 503 с.

5. Мазунин С.А. Основы физико-химического анализа. Часть 2. Многокомпонентные водно-солевые системы. - Пермь: ПГУ,

2000. - 212 с.

6. Панасенко В.А., Мазунин С.А. Растворимость в системе NaCl-(С2Н5)2NН-Н2О при 50 °С. - Л.: Журнал прикладной химии,

2004. - Т.77, №11. - С. 1912 - 1913.

7. Шарло Р. Методы аналитической химии. Количественный анализ неорганических соединений. - М.: Химия, 1966. - 976 с.

8. Крешков А.П. Основы аналитической химии / Количественный анализ. - М.: Химия, 1976. - Т. 2. - 456 с.

уз