CC BY
54
УДК 544.344.4
З. Т. Динь, С. А. Бахтеев, Р. А. Юсупов
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАВНОВЕСИЙ В СИСТЕМЕ CuSO4 - H2O - (NH4)2SO4 - OH-ПРИ МАЛЫХ КОНЦЕНТРАЦИЯХ CuSO4 НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРИМЕНТА ПО ОСТАТОЧНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ, ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОГО ТИТРОВАНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ pH ГИДРОЛИЗА (Сообщение 1)
Ключевые слова: равновесия, водные растворы, осадки соединений меди(И), рентгенофлуоресцентный анализ, сульфат меди.
Предложен алгоритм расчета констант равновесий в системах, содержащих много осадков. Для расчета областей образования осадков применены четыре условия насыщенности раствора: 1. Правило произведения растворимости; 2. Правило молекулярной растворимости; 3. Правило растворимости по интермедиату; 4 Условие выделения приоритетного осадка. Данная методика использована для построения математической модели равновесий в системе CUSO4 — H2O — OH от рН раствора и концентрации Cu(II). Математическая модель системы создана для оптимизации синтеза целевых соединений.
Keywords: equilibrium, aqueous solutions, precipitation of Cu(II) compounds, X-ray fluorescence analysis, copper sulfate.
The algorithm for the calculation of equilibrium constants in systems containing a lot of precipitations was suggested.
For the calculation of the formation ofprecipitation areas used four conditions saturation of the solution: 1. Rule of solubility 2. Rule molecular solubility 3. Rule solubility intermediates, 4. The condition of the sedimentation priority. This methodology is used to construct a mathematical model of the equilibrium in the system CuSO4 — H2O — OH- as the function of pH and the concentration Sn(II). A mathematical model of the system is designed to optimize the synthesis of desired compounds.
Введение
Математическая модель системы CUSO4 — H2O - OH- позволяет прогнозировать условия синтеза состава соединений меди(11) [1-3]. Для достижения этого необходимо знать значения констант равновесий, которые могут быть найдены по данным эксперимента и при наличии необходимых программных продуктов.
Эксперимент
Оборудование и реактивы: CuSO4^5H2O, чда; (NH4)2SO4, ч; NaOH, хч; Фиксанал HCl; индикатор метиловый оранжевый; дистиллированная вода аналитические весы OHAUS Adventurer Pro AV264 мерные колбы следующих объемов (в мл):25,0; 100 200; 500; 1000; пипетки: 1,00; 2,00; 5,00; 10,0; 20,0 25,0 мл; бюретка объемом 25,0 мл; магнитная мешалка ММ-3; потенциометры рН-410, рН-673.М.
По навеске CuSO4^5H2O готовится раствор CuSO4 0,5 моль/л в мерной колбе на 500 мл в дистиллированной воде. Далее раствор стандартизуется раствором ЭДТА. Рабочий раствор (NH4)2SO4 концентрации 1,0 моль/л готовится по навеске реактива (NH4)2SO4 в бидистиллированной воде в мерной колбе на 500 мл. Далее с помощью пипетки отбирается по 10,0 мл CuSO4 и 4,0 мл (NH4)2SO4 в мерную колбу на 100 мл и разбавляется дистиллированной водой до метки.
Раствор титранта готовится по навеске NaOH в мерной колбе на 1000 мл в дистиллированной воде, после чего аликвота этого раствора титруется стандартным раствором HCl с концентрацией 0,100 моль/л с использованием индикатора метилового оранжевого. Концентрация NaOH рассчитывается по формуле:
_ C(HCl)*V(HCl)
Берется аликвота раствора СиЭ04 - Н20 -(МН4)2Э04 объемом 25,0 мл, после чего проводится потенциометрическое титрование. Пример зависимости рН растворов от объема титранта представлен в табл. 1.
Таблица 1 - Зависимость значения рН растворов СиБ04 - Н20 - (МН4)2БО4 от объема титранта
^NaOH^-
V (NaOH)
Объем титранта NaOH 0,1032 моль/л, мл рН
1 0,00 4,05
2 0,53 4,92
3 0,79 4,72
4 1,97 4,78
5 3,37 4,85
6 5,62 4,99
7 6,20 4,95
8 6,30 4,98
9 9,78 5,25
10 9,88 5,00
11 10,20 5,03
12 11,30 5,29
13 11,80 5,23
14 11,90 5,09
15 12,00 5,05
16 13,10 5,36
17 13,40 5,39
18 13,50 5,25
19 13,70 5,15
20 16,70 5,94
21 17,80 6,13
22 19,50 7,32
23 19,60 7,47
24 20,20 8,09
25 20,70 8,36
26 22,95 8,97
По данным экспериментов построен график в координатах п=фН), показывающий зависимости значений рН раствора от функции образования по ОН- (рис.1):
С * V
П _ ЫаОН ЫаОН
С * V 5
^Си(ІІ) Си(ІІ)
где VNaOH-объем №ОН, добавляемый в раствор; СшОН - исходная концентрация №ОН, равная
0,1032 моль/л; VCu(II)-объем исходного раствора Си(ІІ), равный 25мл; ССи(щ-концентрация исходного раствора Си(ІІ), равная 0,05 моль/л.
Я
„ £
гм 19 а» и <т и *л
Рис. 1 - Экспериментальные кривые потенциометрического титрования системы СиЭ04 — Н20 — (1ЧН4)2Б04 — Ма0Н при концентрации КИ4+ 0,04 моль/л и при концентрации Си(11) 0,051
моль/л
С помощью программы Бр рассчитаны константы равновесий системы СиЭ04 — Н20 — ОН-(табл.2) , на основе которых можно описать экспериментальные данные (рис.2) и прогнозировать соединения, которые могут образовываться в зависимости от кислотности среды (рис. 3).
Таблица 2 - Константы равновесий системы Си(11) — Н20 — 0Н' и их рассчитываемые значения
Константы Вид рас-читыва-ния Рассчитываемые значения Вид соеди- нения
К1 6,1
К2 4,7
К28 -їй 5,5
КЗ 3,5
К4 3,3
К5 3,2
К6 2,9
КТ - ^ 4,75
КБ - ^ 1,94
КТВ0ХТ 4
КТВ0Х6Т 3,33
КТВ0Х3Т 2,73
КТВ0Х4Т 1,97
КТВ0Х5Т 1,4
КТВ0Х6Т - ^ 2,53
КТВ1ХТ 6
КТВ2ХТ 7,1
КТВ4ХТ 10
КТВ5ХТ їй 9
КТВ6ХТ їй 9
КРТ2В1Х2В2Х1 2ТХ10Ь їй 5,5
КРВ1ХВ1 їй 5,1
КРВ1ХВ18 -їй 4,2
KOB3DW їй 1
KOB4DW -їй 3,2
КТВ3ХТ їй 11,4
КР2В1Х2В2Х6Т їй 24
КРВ1Х3В2Х6Т їй 26
KOB3DWS -їй 4,6
KOB4DWS -їй 4,9
КР2В0ХВ1 -їй 6
КРВ0ХВ1 -їй 3
КРВ1Х3В2 їй 22
КР2В1Х2В2 їй 23
КР2В0ХВ18 -їй 9,3
КРВ0ХВ18 їй 5
КРВ1Х3В28 -їй 10,9
КР2В1Х2В28 -їй 5,3
Рис. 2 - Экспериментальные и расчетные кривые потенциометрического титрования системы СиЭ04 — Н20 — (1ЧН4)2Б04 — К0Н, Ыа0Н при концентрации МН4+ 0,04 моль/л и при концентрации Си(11) 0,051 моль/л
Рис. 3 - Расчетные области формирования твердых фаз в системе СиБ04— Н20 — 0Н— при концентрации Си(11) 0,05 моль/л
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-
технологического комплекса России на 2007 - 2013 годы» по госконтракту 16.552.11.7060.
Заключение
Рассчитаны константы равновесий на основе данных эксперимента по потенциометрическому титрованию. Создана математическая модель равновесий в системе СиЭ04 — Н20 — 0Н" при малой концентрации СиЭ04 0,05 моль/л, предназначенная для планирования эксперимента и синтеза соединений Си(11).
Литература
1. Юсупов Р.А., Бахтеев С.А. Расчет областей выделения твердых фаз в системах ион металла - вода - комплексообразующий агент // Журн. физ. химии. 2009. Т.83. №12. С.2395-2397.
2. Юсупов Р.А., Бахтеев С.А., Смердова С.Г. Расчет областей существования осадков в системах ион металла -Н2О - комплексообразующий агент с учетом растворимости интермедиатов // Журн. физ. химии. 2010. Т.84. №7. С.1391-1393.
3. Юсупов Р.А., Бахтеев С.А., Гатиятуллин И.Р. Методика выполнения измерений концентрации серебра в технологических водах предприятий // Вестник Казан. тех-нол. ун-та. 2012. №6.
© З. Т. Динь - асп. каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КНИТУ КНИТУ, gnudktvn@gmail.com; С. А. Бахтеев - канд. хим. наук, асс. каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КНИТУ, said-bah@yandex.ru; Р А. Юсупов - д-р хим. наук, проф. той же кафедры, yusupovraf@yandex.ru.
