Плотность водных растворов карбоната калия

3. Способы выражения состава раствора уровень b

Плотность водных растворов карбоната калия

а) молярнуюконцентрацию ;

б) моляльность;

в) молярную долюкислоты в растворе.

Дано: РЕШЕНИЕ:а) Молярную концентрацию кислоты определяем по формуле:

Согласно условиюзадачи в 100 г раствора содержится 6 г

Н3РО4.Тогда 6 г Н3РО4 содержится в объеме раствора

;

= 1·3 +31+16·4=98 г/моль

Следовательно,,

где10-3- пересчет см3в л.

б) моляльностькислоты в растворе определяем по формуле:

Тогда

где 1000 — коэффициентпересчета г в кг.

в) молярную долюкислоты определяют по формуле:

===0,011

2. Определить объем 16%-ного раствора карбоната калия плотностью 1,149 г/см3, необходимого для приготовления 3 л 0,2 м водного раствора данного вещества. Пояснить процесс приготовления раствора

Дано: РЕШЕНИЕ:а) Молярную концентрацию карбоната калия определяем по формуле:

Следовательно:

=2·39 + 12 +16·3 =138 г/моль

Рассчитываеммассу 16%-ного раствора К2СО3,который содержит 82,8 г К2СО3.

Составляемпропорцию:

100г р-ра — 16 г К2СО3

mр-ра(16%)- 82,8 г К2СО3.

mр-ра(16%) = 517,5г,

Определим объём16% — ного раствора:

450,4см3

Ответ:для приготовления 3 л 0,2 М раствора К2СО3нужно взять 450,4 мл 16%-ного раствора К2СО3и разбавить его водой до 3 л.

  1. Найти массы воды и кристаллогидрата CuSO4·5H2O, необходимые для приготовления 2 литра раствора, содержащего 8% мас. безводной соли. Плотность 8%-го раствора CuSO4 равна 1,084 г/см3.

Дано:Vр-ра = 2 лω= 8%ρр-ра= 1,084 г/см3 РЕШЕНИЕМассу безводной соли (CuSO4), необходимую для приготовления заданного раствора определяем из формулы:ω=, %

откуда

Масса раствораравна

, где 103коэффициент перевода л в см3.Тогда масса CuSO4в растворе составляет:

,

МассуCuSO4·5H2O,содержащую 86,7 г CuSO4,определяем из пропорции:

250г/моль -160 г/моль -173,4 г

где

=64+32+16·4=160 г/моль

=64+32+16·4 +5·(1·2+16)=250 г/моль

Тогда

Знаямассу раствора и кристаллогидрата,определяем массу воды, необходимую дляприготовления заданного раствора:

Ответ:

4. Энергетика химических реакций уровень b

1.Найти массу метана (СН4),при полном сгорании которого до СО2(г)и Н2О(г)в тепловом агрегате выделяется теплота,достаточная для нагревания 1 л воды от20 до 100оС.Мольную теплоемкость воды принятьравной 75,3 Дж/моль·К. КПД тепловогоагрегата составляет 50%.

Дано:

РЕШЕНИЕ:

Количество теплоты,необходимое

для нагревания 1л (1000 г) воды от

20до 100оСопределяем по формуле:

=

= 334666,7 Дж = 334,7 кДж

Определиммассу метана при горении, котороговыделяется такое количество теплоты.Процесс горения метана по условию задачиописывается уравнением:

СН4(г)+2О2(г)= СО2(г)+ 2Н2О(г)

Тепловойэффект этой реакции Dr.Ho(298K)определяемпо Iследствию из закона Гесса

Dr.Ho(298K)= Df.Ho(298K,CO2(г))+ 2Df.Ho(298K,Н2О(г))-

-Df.Ho(298K,CН4(г))- 2Df.Ho(298K,О2(г))= (-393,5) + 2(-241,8) –

— (-74,9) = — 802,2 кДж

Такимобразом при сгорании 16 г метана выделяется802,2 кДж тепла. Определяем массу метана,при сгорании которой выделяется 334,7 кДжтеплоты. Составляем пропорцию:

16г СН4 ― 802,2 кДж

―334,7кДж

г

С учетом КПДтеплового агрегата масса метанасоставляет

г

Ответ: масса метанасоставляет 13,34 г.

  1. Используя справочные данные по DfHo(298K, В) и So(298K, В), определить при каких температурных условиях возможно самопроизвольное протекание реакции

Fe2O3(к)+ 3Н2(г)= 2Fe(к)+ 3Н2O(г)

Дано:Уравнения реакции
DrGо(298К)-?условия протеканияреакции — ?

РЕШЕНИЕ:

Возможностьсамопроизвольного протекания реакции,определяется знаком перед величинойизменения энергии Гиббса для даннойреакции:

еслиΔrG°(298К)< 0, самопроизвольное протекание реакциипри стандартных условиях возможно впрямом направлении;

еслиΔrG°(298К)> 0, то при стандартных условиях прямаяреакция невозможна, а возможна обратнаяреакция..

ЗначениеΔrG°(298К) рассчитываем по формуле:

ΔrG°(298К) = ΔrН°(298К)·103- ТΔrS°(298К)

гдеΔrН°(298К)- изменение стандартной энтальпииреакции, кДж: ΔrS°(298К)- изменение стандартной энтропии реакции,Дж/К:

103- пересчет кДж в Дж.

ЗначениеΔrН°(298К)и ΔrS°(298К)определяем согласно первому следствиюиз закона Гесса:

ΔrН°(298К)= [2ΔfН°(298К,Fe(к))+ 3ΔfН°(298К,Н2О(г))]–

-[ΔfН°(298К,Fe2O3(к))+ 3ΔfН°(298К,Н2(г))];

ΔrS°(298К)= [2S°(298К,Fe(к))+ 3S°(298К,Н2О(г))]–

-[S°(298К,Fe2O3(к))+ 3S°(298К,Н2(г))];

гдеΔfН°(298К,В) и S°(298К,В) — стандартные энтальпии образованияи энтропии веществ, значения которыхнаходим из таблицы стандартныхтермодинамических величин.

Fe2O3(к) + 3Н2(г) = 2Fe(к) + 3Н2О(г)
DfHo(298K), кДж/моль 1(-822,2) 3(0) 2(0) 3(-241,84)
So(298 K), Дж/(моль×К) 1(87,4) 3(130.5) 2 (27.15) 3(188,74)

ΔrН°(298К)= [2(0) + 3(-241,84)] — [(-822,2) + 3(0)] = 96,68 кДж

ΔrS°(298К)= [2·27,15 + 3·188,74] — [87,4 + 3·130,5] = 141,62 Дж/К

тогда:

ΔrGо(Т) = 96680 — Т·141,62

Ответ:При высоких температурах значениеΔrGо(Т)< 0 и, следовательно, реакция возможнапри нагреве.

Поташ — это… Формула и применение поташа

Плотность водных растворов карбоната калия

Поташ — это неофициальное название вещества, которое химики называют карбонатом калия. Эта соль известна людям с древнейших времен, поскольку она содержится в золе. Раньше этим словом называли именно сухой остаток после выпаривание раствора продуктов сгорания растений. Итак, что же сейчас известно про поташ?

Формула

Еще одно название этого вещества — углекислый калий. И его химическая формула записывается так — K2CO3. Он представляет собой среднюю соль калия и угольной кислоты. Это значит, что раствор поташа не является кислотным или основным, он нейтральный. Долгое время его путали с пищевой содой — NaHCO3.

История открытия и изучения

Разумеется, доподлинно мы не знаем, кто первым получил поташ, ведь он был известен еще в Древней Греции и Риме. Тогда его выделяли из золы и использовали для стирки. Любопытно, что долгое время его путали с другим веществом — гидрокарбонатом калия.

Знакомая нам пищевая сода, поташ — вместе их именовали просто алкалическими или щелочными солями. Различать их начали в XVIII-XIX веках. Впервые об этом стало известно в 1759 году, когда Андреас Маргграф установил, что сода является минеральной щелочью, в то время как поташ — растительной.

А в 1807 году Гэмфри Дэви установил химический состав каждого из этих веществ.

Первые упоминания о производстве поташа относятся к XIV веку. Наиболее крупные из предприятий находились в Германии и скандинавских странах. Карбонат калия использовался в мыловарнях, суконной промышленности, красильных предприятиях.

В XV веке в конкуренцию включилась и Россия. До этого выделять поташ из золы не умели, а просто экспортировали продукты горения наряду с, например, мехами. Стекольная промышленность как внутри России, так и за границей тоже нуждалась в этом веществе.

Спрос рос, а с ним росло и предложение.

Кстати, само название «поташ» — это буквально подсказка способа его получения в древности. Дело в том, что в латыни оно звучит как potassa, что в свою очередь является слиянием слов «зола» и «горшок».

Химические и физические свойства

В ходе проведения экспериментов с этим веществом ученые получали информацию о тех или иных качествах, присущих ему. На сегодняшний день известно, что при нормальных условиях чистый поташ — это твердое вещество в виде бесцветных кристаллов или белого порошка. Его плотность — 2,43 г/см3. Температура плавления карбоната калия — 891 градус Цельсия. Обладает высокой гигроскопичностью.

Это вещество не является взрыво- или пожароопасным. При попадании на влажную кожу или слизистую вызывает раздражение. Таким образом, его относят к третьему классу опасности.

Разновидности и формы

Различают два вида поташа: кальцинированный и полутораводный. В отличие от второго, первая форма не содержит воду — в процессе кальцинирования она испаряется, а также удаляются органические вещества, в результате раствор карбоната калия такого вида становится совершенно бесцветным.

Кроме того, различают поташ и по сортам, выделяют всего три. Качество конечного продукта зависит от содержания таких примесей, как железо, алюминий, хлориды, натрий и сернокислые соли. Также при присвоении сорта учитывается массовая доля выпавшего в растворе осадка и потери при прокаливании.

Добыча

Хотя применение поташа происходит не в таких огромных масштабах, как в случае с содой, он до сих пор активно используется людьми. Но прежде всего его нужно получить. В небольших количествах сделать это можно даже дома.

Прежде всего необходимо получить в свое распоряжение золу растительного происхождения. Затем нужно растворить ее в некотором количестве горячей воды, хорошенько размешав и подождав некоторое время.

Далее нужно начать выпаривать раствор поташа со смесью органических веществ, что вызовет выпадение кристаллов.

Разумеется, карбонат калия, выделенный подобным способом, не будет отличаться высоким качеством, да и потраченные усилия слишком велики в сравнении с количеством. Так что, разумеется, в промышленным масштабах все происходит иначе.

Итак, водный раствор карбоната калия взаимодействует с CO2, что приводит к образованию KHCO3. Его, в свою очередь, нагревают, и происходит выделение воды и диоксида углерода, в остатке же — изначальный поташ.

Существует еще несколько способов получения этого вещества, однако самыми простыми и эффективными являются те, что описаны ранее.

Обработка

Как уже было упомянуто, различают два вида поташа — кальцинированный и полутораводный. Каким же образом происходит обработка карбоната калия для получения той или иной разновидности?

Прежде всего, различаются даже их формулы. Полутораводный выглядит так: K2CO3+1,5H2O, то есть он содержит воду изначально. Тем не менее, он даже более гигроскопичен, чем обычный. Из этой формы можно получить и безводную форму — достаточно нагреть порошок до 130-160 градусов по Цельсию.

Кальцинированная форма получается при обработке карбоната калия, полученного с помощью выпаривания раствора золы в деревянных чанах.

Такое вещество не отличается чистотой, так что его приходится либо прокаливать, либо кальцинировать.

После проведения одной из этих процедур порошок карбоната калия получается белым, а его раствор — совершенно бесцветным. В этом случае вещество не содержит воды.

Использование

С давних пор и по сей день карбонат калия в разных видах применяется в огромном количестве отраслей и с самыми разными целями. Например, его прекрасная способность к очищению до сих пор используется при изготовлении жидкого мыла и другой бытовой химии.

https://www.youtube.com/watch?v=SBwsupPPjYU

Кроме того, поташ — противоморозная добавка к строительным растворам.

В этом качестве он позволяет смесям быть более устойчивыми к холоду, что дает возможность продолжать строительство даже при довольно низких температурах.

Его значительное преимущество перед аналогами состоит в том, что он не вызывает коррозии конструкций, а также образования высолов, которые могли бы повлиять на прочность сооружения.

Все еще используется карбонат калия при изготовлении хрусталя и стекла для высококачественной оптики. Замены ему в этом деле нет. Не существует и никаких аналогов этого вещества, например, при изготовлении тугоплавкого стекла.

Часто поташ — это компонент красок, также в химической промышленности он используется для поглощения сероводорода из газовых смесей — с этим он справляется гораздо лучше соды.

Есть ему место и в фармацевтике: карбонат калия участвует в некоторых реакциях, а кое-где появляется в качестве побочного результата. Еще одна область применения — пожарное дело.

Именно этим веществом обрабатывают деревянные конструкции, повышая тем самым их огнестойкость.

Как ни удивительно, но поташ — это еще и пищевая добавка. Его код — Е501, так что он относится к классу Е. Какое-то время он использовался в кондитерском деле, например, при изготовлении пряников. В легкой промышленности это вещество также участвует в процессе выделки кож.

Наконец, высоки перспективы применения поташа в изготовлении бесхлорных калийных удобрений. Зола в этом качестве применялась издавна, но в последние десятилетия ее вытеснили подкормки промышленного изготовления. Вероятно, в ближайшее время в широких масштабах будет применяться способ, известный давно и являющийся наименее вредным в сравнении с минеральными удобрениями, применяемыми сейчас.

Другие особенности

Поскольку поташ — крайне гигроскопичное вещество, его упаковка, хранение и транспортировка проходят в специальных условиях. Как правило, для фасовки карбоната калия используются пятислойные мешки. Только так можно избежать нежелательного попадания воды в это вещество.

Кроме того, как ни удивительно, несмотря на прекрасную реакцию с H2O, карбонат калия совершенно не растворяется ацетоном и этанолом.

Карбонат калия

Плотность водных растворов карбоната калия

Калия карбонат (углекислый калий, поташ, пищевая добавка Е501) – средняя соль калия и угольной кислоты.

Физико-химические свойства

Химическая формула K2CO3. Внешний вид — безцветные моноклинные кристаллы. Не растворим в ацетоне. Нормально растворим в этаноле. Растворимость в метаноле (25°С) 6,0 г/100 г. Растворимость в глицерине (20°С) 39,4 г/100 г. Температура плавления 891°С. Плотность 2,43 г/см3.

Растворимость калия карбоната (поташа) в воде

Температура воды, °С

Растворимость, г/100 г воды

0

107

10

109,2

20

111

25

112,3

30

113,7

40

116,9

60

125,7

80

139,2

100

155,8

200

274

Применение

В промышленности используют следующие виды поташа: кальцинированный и полутароводный. В зависимости от физико-химических свойств поташ подразделяется также на первый, второй и третий сорт. Он используется в химической промышленности, стекольной, в пожарном деле, в легкой промышленности и в других отраслях.

В строительстве поташ применяют в качестве противоморозной добавки, в химической промышленности применяют для изготовления красок, а так же, он лучше соды поглощает из газовых смесей сероводород. В легкой промышленности для выделки кож. Также поташ применяется в изготовлении моющих средств. Он служит сырьем для производства оптического стекла.

В пожарном деле поташом обрабатывают деревянные строения и конструкции. Зарегистрирован в качестве пищевой добавки E501.

Применение поташа в качестве удобрения

Калия карбонат (калий углекислый, поташ) — калийное удобрение для дерново – подзолистых кислых почв. Высоконцентрированное щелочное калийное удобрение — содержит 50% окиси калия.

Необходимо его применять на кислых почвах в качестве основного калийного удобрения, особенно под культуры, чувствительные к хлору. Кстати, калий в печной (древесной) золе находится именно в форме поташа, что и определяет его щелочные свойства.

Рекомендуется внесение под картофель на кислых почвах.

Человек давно заметил, что внесение в почву золы приводит к увеличению урожайности. О том, что ее активным началом является карбонат калия K2CO3 – поташ, стало ясно гораздо позже.

До разработки промышленных способов производства соды поташ играл исключительно важную роль в различных производствах: стекольном, текстильном, мыловаренном и др. Его получали сжиганием древесины, обработкой водой золы с последующим выпариванием водного раствора.

Из золы сожженного 1 м3 вяза получали 0,76 кг поташа, ивы – 0,63, липы – 0,50 кг. В России лес бездумно сжигали на поташ до середины XIX в. калия в золе от сгоревших растений обычно очень высокое: в золе соломы злаков от 9 до 22%, гречишной соломы – 25…35, стеблей подсолнечника 36…40, торфа 0,5…

4,7%. Само слово “поташ” произошло от древнего немецкого “пот” – горшок и “аш” – зола, так как щелок, получающийся при обработке золы водой, выпаривался в горшках.

В XVI — XVII вв. поташ получали в огромных количествах из древесной золы, которую вываривали в больших котлах. Из поташа приготавливали главным образом литрованную (очищенную) калийную селитру, которая шла на изготовление черного пороха.

Особенно много поташа производилось в России, в лесах вблизи Арзамаса и Ардатова на передвижных заводах (майданах), принадлежавших родственнику царя Алексея Михайловича, ближнему боярину Б.И.Морозову. Такие заводики вырабатывали до 770 тн.

поташа в год.

В тот же период, производство поташа на Украине было менее концентрировано и сильней рассредоточено – каждый уважающий себя “заможный” казак почитал за честь иметь собственный микрозаводик по его производству – технология то элементарнейшая, и чрезвычайно доходная.

Применение поташа в строительстве

Применение калия карбоната в строительстве обусловлено, в первую очередь, особенностями гидратации цемента. При пониженных температурах она сильно замедляется, а на морозе прекращается вообще. Добавка поташа помогает устранить этот недостаток – строить становится возможным даже при -50 °С. Поэтому поташ является традиционной противоморозной добавкой-антифризом в строительстве.

Бетонные смеси с добавками поташа можно использовать при возведении в вертикальной скользящей опалубке внутренних стен жесткости (ядер) в крупнопанельных многоэтажных зданиях, приставных и внутренних стен монолитных и лифтовых кирпичных и каркасных зданиях и наружных стен многоэтажных зданий.

Однако, калия карбоната в строительстве имеет ряд ограничений:

— нельзя применять калия карбонат в составе бетонов и растворов, где есть активный кремнезем,

— нельзя использовать там, где возможен контакт с известью и силикатным кирпичом;

— нельзя применять для изделий эксплуатирующихся при повышенной влажности,

— малая эффективность в крупнопористых и беспесчаных бетонных смесях, а также в легких бетонах типа керамзитобетона,

— не рекомендуется калия карбоната в условиях положительных температур либо колебания температуры с переходом через 0 °С.,

— не рекомендуется в местах, где будет проложена скрытая электропроводка, так как имеет место эффект разрушения изоляции проводов,

– при больших дозировках калия карбоната, а также при наличии положительных температур и отсутствии соответствующих добавок бетон схватывается прямо в бетономешалке уже через 10-15 минут. Оригинальный выход был найден Красноярскими учеными из местного филиала Промстройниипроекта.

Они предложили добавлять к поташу пластификатор с ярко выраженным замедляющим эффектом. Наиболее подошел для этих целей технический лигносульфонат – бросовый отход лесохимического производства.

В итоге получили бетонные смеси повышенной пластичности с ярко выраженным ускоряющее/противоморозным эффектом, но без излишнего ускорения схватывания.

Особенно критичен к воздействию калия карбоната трехкальциевый алюминат. Его схватывание и так начинается практически мгновенно, с момента затворения.

Отрегулировать длительность схватывания этого минерала помогает добавка гипса, вводимая при помоле.

Но в присутствии даже незначительных добавок поташа этот механизм нарушается – в присутствии поташа образуются гидрокарбоалюминаты кальция, которые обволакивают зерна S3A и снижают активность иона SO4 из состава гипса-замедлителя.

Причиной сокращения сроков схватывания силикатов кальция служит образование при взаимодействии калия карбоната с известью нерастворимого CaCO3 что способствует протеканию реакции в сторону образования извести, снова вступающей во взаимодействие с ионом CO3 с образованием CaCO3 и т.д.

Для замедления схватывания бетонов с добавками поташа были опробованы множество веществ-замедлителей – водорастворимые фосфаты, оксид цинка, муравьиная и бензойные кислоты, жирные кислоты, глицерин, глюкоза, технические лигносульфонаты.

 
По совокупности полученных результатов, в качестве эффективного замедлителя схватывания бетонов с добавкой поташа, было предложено использовать ЛСТ (технические лигносульфонаты). Помимо замедляющего эффекта ЛСТ оказывает на бетоны ярко выраженное пластифицирующее воздействие. Но в дозировке свыше 0.

3% от массы цемента их уже практически не используют – уж слишком сильно начинает сказываться наличие в ЛСТ примесей – редуцированных сахаров, которые сильно замедляют схватывание и твердение. В комплексе с таким эффективным ускорителем схватывания, как поташ становится вполне возможным повысить дозировки ЛСТ до 0.5% — т.е.

ускоритель (поташ) и замедлитель (ЛСТ) взаимно нивелируются, при этом пластичность бетона повышается.

Воздействие калия карбоната на основные минералы цементного клинкера на стадии твердения. 
Трехкальциевый силикат (C3S) – наиболее активный минерал цемента.

Он характеризуется высокой прочностью и быстрым её нарастанием.

Введение поташа интенсифицирует процесс твердения, но затем, начиная с 7-дневного возраста, и во все последующие сроки, прочность этого минерала, с добавкой поташа, становится несколько ниже, чем без добавки.

Калия карбонат резко ускоряет твердение двухкальциевого силиката (C2S). Увеличение прочности образцов по сравнению с контрольными пропорционально количеству добавки.

В дозировке 10 – 15% поташа, прочность образцов превышает прочность эталона в 2.5 – 4.

0 раза и, начиная с 3=месячного возраста, по абсолютным значениям приближается к прочности образцов трехкальциевого силиката, затворенных на чистой воде.

Затворение трехкальциевого алюмината (C3A) на растворах поташа приводит к значительному повышению прочности.

Изменение прочности четырехкальциевого алюмоферита (C4AF) зависит от количества вводимого вместе с водой затворения поташа. Наиболее оптимальной является добавка в 3%

В начальный период твердения наиболее эффективными являются повышенные дозировки добавки поташа. Но с увеличением возраста становятся оптимальными дозировки в 7% и менее.

Из-за ярко выраженной щелочной реакции следует остерегаться попадания поташа на кожу и особенно в глаза. Приготавливать и работать с водными растворами поташа следует в комбинезоне, очках, резиновых сапогах и перчатках, спецодежду хранить в специальных шкафах. В плохо вентилируемых помещениях необходимо использовать респираторы и противогазы.

Применение калия карбоната в пищевой промышленности

Пищевая добавка Е501 разрешена к применению в качестве стабилизатора в 10 стандартах на пищевые продукты в количестве 2,5 или 50 г/кг.

Кроме того Е501 разрешён к применению в продукты из какао и шоколада в количестве до 70 г/кг от сухого обезжиренного вещества в пересчете на карбонаты кальция; в сухое молоко и другие пищевые продукты; в качестве питательного вещества (подкормки) для дрожжей.

Применение калия карбоната для понижения титруемой кислотности сусел и вин

В отдельные годы из-за неблагоприятных климатических условий кислотность винограда значительно возрастает. Для получения вин с гармоническим вкусом из такого винограда виноделы применяют приемы по снижению титруемой кислотности вин.

Для приёма химического снижения кислотности используют карбонат калия (Е501i, поташ) и бикарбонат (гидрокарбонат) калия (Е501ii). Этот приём основан на нейтрализации избытка кислот сусла или молодого вина. При этом часть органических кислот превращается в труднорастворимые соли и выпадает в осадок, который можно отфильтровать.

Химическое кислотопонижение является сильно действующим средством, и такую обработку рекомендуется использовать только для сусел с кислотностью выше 13 г/л и для вин с кислотностью 10 г/л. При этом снижение кислотности, достигаемое за счет химической обработки, не должно быть больше 3 г/л.

Дозы реагентов, необходимые для понижения титруемой кислотности сусел и вин

Реагент

Количество реагента для понижения кислотности на 1 г/л

Теоретически расчитанная доза

Практическая доза

Для сусел

Для вин

Столовых

Крепленных

карбонат калия (Е501i, поташ)

0,92

0,80

0,50

0,70

бикарбонат калия (Е501ii)

1,33

1,00

0,65

0,95

Получение

В современной промышленности карбонат калия получается путем электролиза хлорида калия, в результате чего образуется гидроксид калия, который, вступая в реакцию с углекислым газом, образует воду и карбонат калия.

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.