Розрахунок. Вміст фосфорної кислоти (%), розраховують за формулою:

де - кількість 0,2 н розчину їдкого натру, витраченого на титрування, мл; К - коефіцієнт нормальності 0,2 моль/л розчину їдкого натру; а - кількість кислоти кислоти, см³.

2.3 Визначення фосфору фотоколориметричним методом

Реактиви

1.Калію фосфат одно заміщений х.ч., кристалічний.

2.Кислота азотна концентрована (густина 1,36 г/см3), кип'ячена.

3.Молібденовованадієвий реактив.

Стандартний розчин фосфату калію: 0,4794 г КН2 вносять у мірну колбу ємністю 1 дм³ і розчиняють у воді, доводячи об'єм розчину до мітки (1 см³ розчину містить 0,00025 г Р2О5).

Хід аналізу. Аліквотну частину основного розчину (50 см³), що містить не більше 5,0 мг Р2О5, поміщають у мірну колбу емністю 100 см³, додають 5 см³ концентрованої азотної кислоти і додають таку ж кількість води, щоб загальний об'єм розчину не перевищував 70 см³. Потім доливають 20 см³ молібденовованадієвого реактиву і через 20-30 хвилин вимірюють оптичну щільність розчину на фотоколориметрі ФЕК-Н-57 зі світлофільтром № 3 або на ФЕК-56 зі світлофільтром № 4 у кюветі довжиною 10 або 50 мм відносно розчину, який містить всі реактиви і не містить Р2О5. Кількість Р2О5 в аліквотній частині знаходять по калібрувальним прямим.

Побудова калібрувального графіка. У мірні колби ємністю 100 см³ поміщають 1, 2, 3, 4, 5, 10 ... 20 см³ стандартного розчину фосфата. У кожну колбу додають по 5 см³ концентрованої азотної кислоти, води до -70 см³ і 20 см³ молібденовованадієвого реактиву. Потім доводять об'єми розчинів водою до мітки і перемішують. Через 20-30 хв колориметрують в умовах, описаних в ході аналізу.

За отриманими результатами будують калібрувальний графік, який дозволяє визначити 0-5,0 мг Р2О5 в кюветі довжиною 10 мм (0 - 20 см³ стандартного розчину Р2О5) і 0-1,0 мг Р2О5 в кюветі довжиною 50 мм (0-4 см³ стандартного розчину Р2О5).

Розрахунок. Вміст фосфору в перерахунку на Р2О5 (у%) визначають за формулою:

щ = (2.3)

де A - кількість Р2О5 в аликвотной частини, знайдене закалібрувальною прямою, мг; W- кількість основного розчину, см³; а - наважка зразка, г; b-аліквотна частина основного розчину, см³. Відносна помилка визначення складає не більше 5%.

2.4 Визначення масової частки ортофосфатної кислоти та Cа3(РО4)2 в суміші

Суть методу. Метод оснований на реакції взаємодії кальцій фосфату із гідроксидом натрію методом прямого титрування. Фосфатна кислота є триосновною. Відношення K1:K2 і K2:K3 більше 104, тому теоретично відтитрувати можна кожний із трьох йонів водню; але, так як K3 дуже мала, практично можливо титрувати тільки перші два йони водню, тобто кислоти H₃PO₄ й H₂PO₄^-, застосовуючи відповідні індикатори: метиловий оранжевий і тимолфталеїн відповідно.

Реактиви

1. Стандартний розчин NAOH, 0,1 моль/дм³, або 1 моль/дм³.

2. Розчини індикаторів: тимолфталеїну, метилового оранжевого.

3. Вода дистильована по ГОСТ 6709.

Порядок виконання аналізу.Беремо аліквоту досліджуваного розчину, переносимо її до конічної колби і титруємо стандартним розчином лугу в присутності метилового оранжевого до зміни забарвлення з рожевого на жовтий, фіксуючи об'єм титранту (повторити кілька разів, доти, поки різниця між результатами паралельних дослідів не буде переважати 0,1 см³).Розраховуємо середній об'єм лугу, що пішов на титрування. Розраховуємо масу кислоти у вихідному зразку. Повторюємо дослід, використовуючи індикатор тимолфталеїн. Порівнюємо результати, отримані при титруванні в присутності різних індикаторів.

Розрахунки проводять за формулою:

, (2.4)

де V₁ - об'єм розчину гідроксиду натрію, який пішов на титрування з ф/ф, см³;

V₁₀ - об'єм розчину гідроксиду натрію, який пішов на титрування з м/о, см³

C - концентрація розчину гідроксиду натрію, моль/дм³;

V₂ - об'єм мірної колби з кислотою, см³;

M - молярна маса еквівалента кислоти, г·екв/моль;



2.5 Визначення хлоридів візуальним нефелометричним методом

Сутність методу. Візуально порівнюють опалесценцію випробуваної проби з опалесценцією еталонних розчинів в азотнокислому середовищі в присутності солі срібла. Чутливість визначення становить 2*10^-4 С1^-.

Реактиви

1. Кислота азотна, х. ч., 4 н. розчин.

2. Натрію хлорид, кристалічний.

3. Срібла нітрат.

4. Стандартний розчин хлориду натрію.

5. Розчин А: 1,648 г хлориду натрію розчиняють в 1 дм³ дистильованої води (1 см³ розчину відповідає 1 мг С1^-).

6. Розчин Б: 1 см³ розчину А поміщають в мірну колбу ємністю 100 см³, доводять дистильованою водою об'єм до мітки і ретельно перемішують(1 см³ розчину відповідає 10 мкг С1^-). Розчин Б готують перед використанням.

Хід аналізу. 50 см³ випробовуваної фосфорної кислоти поміщають в мірну колбу ємністю 250 см³, доводять об'єм розчину дистильованою водою до мітки і ретельно перемішують. 25 см³ (5 г фосфорної кислоти) отриманого розчину поміщають в стакан ємністю 100 см³, відкалібрований на 50 см³, додають 15 см³ дистильованої води, 5 см³ розчину азотної кислоти,

1 см³ нітрату срібла. Потім доводять об'єм розчину дистильованою водою до мітки, перемішують і через 10 хв порівнюють на темному фоні опалесценцію випробуваної проби з опалесценцією еталонних розчинів, приготованих одночасно з пробою.

У випадку, якщо вміст хлоридів в пробі вище, ніж передбачається даною серією еталонів, з приготованого розчину беруть аліквотну частину менше 25 см³.

Приготування еталонних розчинів. У склянки ємністю 100 см³, відкалібровані на 50 см³, поміщають 1; 2,5; 5 і 10 см³ розбавленого стандартного розчину Б, що відповідає 10, 25, 50 і 100 мкг Cl^-. У кожну склянку додають 15 см³ дистильованої води , 5 см³ розчину азотної кислоти, 1 см³ розчину нітрату срібла, доводять об'єм розчину водою до мітки і перемішують. Аналогічно готують холосту пробу. Через 10 хв проводять порівняння з випробовуваною пробою.

Розрахунок. Вміст хлоридів (у%) розраховують за формулою:

де кількість хлориду в аліквотній частині, мкг; а - кількість кислоти, мл.

Відносна похибка визначення складає 15-25%.



3. Експериментальна частина

3.1 Методика лабораторних досліджень

В даній курсовій роботі для дослідження фосфорної кислоти було вибрано такі типи аналізів:

· Визначення загальної кількості заліза (II і III) фотоколориметричним методом з сульфосаліциловою кислотою

· Об'ємне визначення фосфорної кислоти потенціометричним методом

· Визначення фосфора фотоколориметричним методом

Розглянемо більш детально ці методики.

3.1.1 Об'ємне визначення фосфорної кислоти потенціометричним методом

Даний аналіз проводили за методикою, описаною в пункті 2.2 даної курсової роботи.

Оскільки спочатку ми визначали рН для кожного зі значень концентрації, то отримали наступну таблицю:

Таблиця 3.1 Залежність рН розчинів ортофосфатної кислоти від об`єму доданого NaOH

V(NaOH)	2	4	6	8	10	12	14	16	18
рН	0,6	0,62	0,66	0,72	0,79	0,84	0,89	0,96	1,01
V(NaOH)	20	22	24	26	28	30	32	34	36
рН	1,1	1,16	1,2	1,28	1,35	1,4	1,47	1,56	1,63
V(NaOH)	38	40	42	44	46	48	50	52	54
рН	1,71	1,8	1,88	1,93	2,06	2,15	2,33	2,58	3,02
V(NaOН)	56	58	60	62	64	66	68	70	72
рН	4,8	5,66	5,99	6,24	6,46	6,68	6,94	7,28	8,17
V(NaOH)	74	76	78	80	82	84	86	88
рН	10,04	10,43	10,65	10,82	10,96	11,2	11,2	11,3

У даному випадку ми титруємо ортофосфатну кислоту лугом і за значеннями pH визначаємо кінцеву точку титрування.

Кислота відтитровується наступним чином:

тому маємо 2 скачка титрування:

Рисунок 3.1 Графік залежності рН розчину фосфорної кислоти від об'єму NaOH

На графіку зображений 1 та 2 скачок титрування:

рН₁ = =3,8

рН₂ = = 8,15

Відсутність третього скачка титрування можна пояснити тим, що концентрація титранта була недостатньою, а також особливостями самої сполуки. Як відомо, в трьохосновних кислотах третій атом відтитрувати та зафіксувати точку еквівалентності досить складно.

При рН 3,8 V(NaOH)=55 см³

При рН 8,15 V(NaOH) = 73 см³

Отже, в загальному на титрування було витрачено близько 73 см³ розчину NaOH. Для підтвердження результатів було проведено паралельне титрування.

За результатами 2 паралельних дослідів було отримано наступні результати за формулою (2.2):

3.1.2 Визначення фосфора фотоколориметричним методом

Відносна похибка визначення не перевищує 5%.

Результати досліджень

Виміряно оптичну густину розчинів для побудови градуювального графіку. Результати вимірювань занесені до таблиці 3.2

Таблиця 3.2 - Результати досліду №2 (побудова градуювального графіку)

Номер колби	1	2	3	4	5	6	7
Маса,мг	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	1	2
Опична густина,D	0,065	0,115	0,195	0,23	0,27	0,46	0,78

Вимірювання здійснювалось при таких параметрах:

Довжина хвилі - = 400 нм.

Ширина кювети l = 2 см.



Рисунок 3.2 - Градуювальний графік для визначення вмісту фосфора

Вимірявши оптичну густину приготованого розчину по відношенню до холостої проби, ми можемо розрахувати вміст фосфора.

Кількість Фосфора в аліквотній частині становила 2,125 мг, оптична густина 0,42.

Розрахунок проводиться за формулою (2.3):

щ =

3.1.3 Визначення загальної кількості заліза (II і III) фотоколориметричним методом з сульфосаліциловою кислотою

Відносна похибка визначення не перевищує 2%.

Результати досліджень

Виміряно оптичну густину розчинів для побудови градуювального графіку. Результати вимірювань занесені до таблиці 3.3

Таблиця 3.3 - Результати досліду №3 (побудова градуювального графіку)

Номер колби	1	2	3	4
Маса, мкг	2	5	10	15
Оптична густина, D	0,29	0,7	1,2	1,4

Вимірювання здійснювалось при таких параметрах:

Довжина хвилі - = 400 нм.

Ширина кювети l = 2 см.

Рисунок 3.3 - Градуювальний графік для визначення вмісту заліза

Вимірявши оптичну густину приготованого розчину по відношенню до холостої проби, ми можемо розрахувати вміст заліза.

Аліквота становила 5 см³, оптична густина 0,85.

Розрахунок проводиться за формулою (2.1):

4. Статистична обробка експериментальних даних

4.1 Статистична сукупність

Нехай для вивчення деякої випадкової величини X проводять n незалежних дослідів, у кожному з яких Х набуває певного значення. Сукупність значень , набутих випадковою величиною Х у n дослідах, називають простою статистичною сукупністю.

Якщо потрібно досліджувати досить велику сукупність однорідних об'єктів відносно деякої кількісної чи якісної ознаки Х, випадково відбирають з неї обмежену кількість об'єктів і вивчають їх. Таку сукупність випадково відібраних об'єктів називають вибірковою сукупністю, а велику сукупність об'єктів, із якої проводять вибірку, називають генеральною сукупністю.

4.2 Статистичний розподіл та його числові характеристики

Нехай є вибірка, у якій значення x₁ випадкової величини Х спостерігалося n₁ разів, x₂ - n₂ разів і так далі. Цю операцію називають рангуванням статистичних даних.

Статистичним розподілом вибірки називають перелік варіант x_i і відповідних їм частот n_i і подають у вигляді таблиці.

Вибіркова середня - це середня зважена значень випадкової величини Х з вагами, які дорівнюють відповідним частотам.

(4.1)



Характеристикою розсіювання дослідних значень x_i навколо свого середнього значення х_в є вибіркова середня - середня зважена квадратів відхилень значень x_i від їхнього середнього значення х_в з вагами, які дорівнюють відповідним частотам:

Вибірковим середньоквадратичним відхиленням називають квадратний корінь із вибіркової дисперсії:

(4.3)

4.3 Точкові статистичні оцінки

Точковою називають статистичну оцінку, що визначається одним числом. Незсуненою точковою оцінкою генеральної середньої є вибіркова середня (х_в).

Незсуненою точковою оцінкою генеральної дисперсії є виправлена вибіркова дисперсія:

(4.4)

Для оцінки середнього квадратичного відхилення генеральної сукупності використовують виправлене середнє квадратичне відхилення:



(4.5)

4.4 Обробка експериментальних даних

4.4.1 Інтервальний статистичний розподіл залежності рН кислоти від об'єму лугу

За даними таблиці 3.1 складаємо інтервальний статистичний розподіл частот:

Таблиця 4.1 інтервальний статистичний розподіл значень рН

Інтервал І	Cереднє значення з інтервалу	Частота n
0 - 2	1	22
2 - 4	3	5
4 - 6	5	3
6 - 8	7	5
8 - 10	9	1
10 - 12	11	8

Із даного статистичного розподілу можемо визначити вибіркову середню за формулою (4.1) :

Знаючи значення вибіркового середнього, розраховуємо дисперсію та вибіркове середнє квадратичне відхилення за відповідними формулами (4.2) та (4.3):

Розраховуємо виправлену вибіркову дисперсію за формулою (4.4):

Розрахуємо середнє квадратичне відхилення за формулою (4.5):

4.4.2 Статистичний розподіл частот для розрахунку вмісту H3PO4

За результатами титрування складаємо статистичний розподіл частот:

Таблиця 4.2 - Статистичний розподіл частот за дослідом №1

хi	ni
0,8134	1
0,8036	1
0,8232	2
0,8134	1

Із даного статистичного розподілу можемо визначити вибіркову середню за формулою (4.1):

Знаючи значення вибіркового середнього, розраховуємо дисперсію та вибіркове середнє квадратичне відхилення за формулою (4.2) та (4.3):

Для виконання оцінки з надійністю 0,95 за допомогою довірчого інтервалу математичне сподівання нормально розподіленої випадкової величини x - вміст Н₃РО₄ в пробі знайдемо виправлене квадратичне відхилення за формулою (4.5) :



За і маємо . Шуканий довірчий інтервал має вигляд:

Підставивши числові дані в даний інтервал, отримаємо:

-0,19464< x < 1,916

Таким чином отримали, що результати всіх із п'яти титрувань входять в інтервал довіри.



Висновки

В даній курсовій роботі розглянуто основні методи одержання ортофосфатної кислоти, описано технологічні схеми виробництва кислоти екстракційним та термічним способами. Наведено властивості і загальну характеристику фосфорної кислоти та сировини для її виготовлення, їх застосування.

Розрізняють наступні способи виробництва:

1. Термічний спосіб. Дозволяє виготовляти найбільш чисту H₃PO₄ і включає основні стадії: спалювання (окислення) елементного фосфору в надлишку повітря, гідратацію і абсорбцію отриманого P₄O₁₀, конденсацію фосфорною кислотою і уловлювання туману з газової фази.

Існують два способи отримання P₄O₁₀: окислення пари P (у промисловості використовують рідко) і окислення рідкого P у вигляді крапель або плівки.

2. Екстракційний спосіб. Передбачає сірчанокисле розкладання фосфатної сировини. Суть методу - добування (екстрагування) P₄O₁₀ (зазвичай використовують формулу P₂O₅) у вигляді H₃PO₄. По цьому методу природні фосфати обробляють H₂SO₄ з послідовним, фільтруванням отриманої пульпи для відділення H₃PO₄ від осаду сульфату кальцію. Частина виділеного основного фільтрату, а також весь фільтрат, отриманий при промивці осаду на фільтрі, повертають в процес екстрагування (розчин розбавлення) для забезпечення достатньої рухливості пульпи при її перемішуванні і транспортуванні. Масове співвідношення між рідкою і твердою фазами від 1,7 :1 до 3,0:1.

В експериментальній частині розглянуто основні методики проведення експериментів по дослідженню ортофосфатної кислоти за ГОСТ 10878--78, а також проведено аналізи по визначенню вільної ортофосфатної кислоти потенціометричним методом та методом кислотно-основного титрування, та визначення феруму і фосфору фотоколориметричним методом. Всі досліди показали доволі гарні результати:

1.Дослід об'ємного визначення фосфорної кислоти потенціометричним методом показав наступні результати:

W(H₃PO₄)=70%

2.В досліді визначення фосфора фотоколориметричним методом, ми отримали такі результати:

W(P₂O₅)=22,163%

3.Визначенням заліза фотоколориметричним методом, ми отримали наступні результати:

W(Fe)=0,085%

Під час статистичної обробки результатів показали, що у інтервал довіри входять всі п'ять результатів титрувань у першому досліді.

Україна має хороший потенціал для розвитку виробництв по виготовленню ортофосфатної кислоти, проте не використовуються всі можливі ресурси.



Список використаної літератури

1. Торочешников, Н.С. Технический анализ и контроль в производстве неорганических веществ [Текст] : Учебник / под ред. проф. Торочешникова Н.С. - 2-е издание, перераб. и дополненое. - М.: 1976.-344с.

2. Лурье, Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. Справочный материал [Текст] / Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. - Издание четвертое, переработанное и дополненное. - М.:1971. - 456с.

3. Брановицька, С.В. Обчислювальна математика та програмування [Текст] / Брановицька С.В., Медведєв Р.Б.: ІВЦ “Видавництво “Політехніка”, 2004. - 220с.

4. Постникова Н.Н. Термическая фосфорная кислота, соли и удобрения на ее основе [Текст] / Постникова Н.Н., Лурье Ю.Ю. - М.: 1976. - 258 с.

5. Эвенчик С.Д. Кислотные методы переработки фосфатного сырья [Текст] / Эвенчик С.Д., Бродский А.А. - M.: 1988. - 390 с.

6. ГОСТ 10878--78. Фосфорная кислота. Технические условия [Текст]. Чинний від 08.10.1999. - Мінськ: Міждержавна рада зі стандартизації, метрології і сертифікації, 1999. - 25 с. : іл.

Размещено на Allbest.ru

...