Поверхностные отложения

 

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

 «Юго-Западный государственный университет»

 

 

Кафедра __________________________________________________________

 

 

КУРСОВАЯ   РАБОТА  (ПРОЕКТ)

 

по дисциплине «____________________________________________________»

                                                                       (наименование учебной дисциплины)

на тему «____________________________________________________________

___________________________________________________________________»

Специальность (направление подготовки)________________________________

                                                                                                                                 (код, наименование)

____________________________________________________________________

Автор работы (проекта)  ____________________    _________________________

                                                            (инициалы, фамилия)                                            (подпись, дата)

 

Группа ___________

 

Руководитель работы (проекта) ____________________    ___________________

                                         (инициалы, фамилия)                               (подпись, дата) 

 

Работа (проект) защищена ________________________   

                                                                         (дата)

Оценка_____________________

 

 

Председатель комиссии _________________________  ____________________

                                                                                      (подпись, дата)                            (инициалы, фамилия)

 

 

Члены комиссии _________________________  __________________________

                                                                     (подпись, дата)                                           (инициалы, фамилия)

 

                              _________________________  __________________________

                                                                     (подпись, дата)                (инициалы, фамилия)

 

                              _________________________   __________________________

                                                                     (подпись, дата)                 (инициалы, фамилия)

 

 

Курск, 20 ___ г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………….3

1  ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ  ЧАСТЬ………………………………………...4

1.1  Порядок  выполнения работы…………………………………………. . . .4

1.2  Методики  анализа…………………………………………………………4

1.2.1 Методика  анализа кислоты…………………………………………… . .4

1.2.2 Методика  анализа соединений двухвалентной  меди………………. . . 5

1.2.3 Методика  определения соединений одновалентной  меди……………5

1.2.4 Методика  удаления поверхностных отложений  с поверхности меди. 6

1.3 Пооперационная  схема…………………………………………………. . .6

2 РЕЗУЛЬАТЫ  И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ…………………………………….. . 8

3 ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………. . 19

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ………………………… . 20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Соли  меди играют огромную роль в современной технологической практике и имеют широкое применение. Особенно важное значение имеет медный купорос - кристаллогидрат сульфата меди (II). CuSО4 · 5 Н2О используют в производстве минеральных и органических красителей [1], в медицинской промышленности, в гальванических элементах, а так же он широко применяется  в электролитических процессах, при очистке воды [2], для защиты растений [3]. В пищевой промышленности зарегистрирован в качестве пищевой добавки Е 519 [4]. Используется как фиксатор окраски и консервант. Сульфат меди  является исходным сырьем для получения многих других соединений.  Например, гидроксида меди (II) – вещества необходимого для качественных реакций на глюкозу, глицерин [5]. Изучение процессов с участием сульфата меди по кинетике накопления одновалентной меди  природы и количества солевых добавок на коррозионное поражение меди с образованием солей меди (I) является актуальной и перспективной тематикой для исследования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1  ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

 

1.1 Порядок выполнения работы

Для изучения процессов с участием сульфата меди (II) по кинетике накопления одновалентной меди были проведены следующие действия. В реактор помещают металлическую медь, раствор муравьиной кислоты, сульфат меди (II) · 5 Н2О, добавку соли, воду и начинают перемешивание. Реакционная смесь перемешивается в течение 2 часов. Через каждые 20 минут происходит отбор проб на текущий контроль  за накоплением соединений меди (I) в растворе. По окончании 2 часов процесс останавливается. Из реакционной смеси отделяется и взвешивается металлическая медь. Затем взвешенная  медь проходит очистку  от поверхностных отложений. После  удаления поверхностных отложений медь повторно взвешивается, а реакционная смесь после очистки анализируется на содержание меди (I), меди (II) и кислоты.  Раствор после перемешивания взвешивают и  так же анализируют на  содержание меди (I), меди (II) и кислоты.

 

1.2 Методики анализов

1.2.1 Методика анализа кислоты

В колбу для титрования вводят пробу реакционной смеси,  добавляют 1-2 капли метилового-красного  интенсивно взбалтывают и титруют раствором щелочи до появления синей окраски, не исчезающей в течение 30 секунд.

Расчет ведут по формуле (1):

,                                                                                               (1)

где - количество мл щелочи, пошедшей на титрование;

       - концентрация щелочи, моль/л;

      - масса пробы реакционной смеси, г.

 

 

 

1.2.2  Методика анализа соединений  двухвалентной меди

Пробу реакционной смеси вводят в колбу для титрования содержащую 10 мл насыщенного раствора бромида натрия и тщательно взбалтывают. После этого в данный раствор вводят следы йодида и несколько капель крахмала. Титруют  раствором тиосульфата до исчезновения синей окраски.

Расчет ведут по формуле (2):

,                                                                                        (2)

где  - количество мл тиосульфата, пошедшее на титрование;

- концентрация раствора тиосульфата,  моль/л;

- масса пробы  реакционной смеси, г.

 

1.2.3 Методика определения соединений одновалентной меди

В емкость для титрования вводят 5 мл водного раствора гидрокарбоната натрия и сегнетовой соли; пробу реакционной смеси в количестве 0,2 - 0,5 г и раствор йода. После ввода пробы реакционную смесь хорошо взбалтывают, а после ввода йода интенсивно взбалтывают и в таком же режиме начинают титровать избыток йода тиосульфатом натрия.

При вводе пробы твердой фазы реакционной смеси или же индивидуального соединения меди (I) количество вводимого раствора йода, интенсивность и продолжительность взбалтывания увеличивают.

Результаты анализа рассчитываются по формуле (3):

  ,                                                                                (3)

где - концентрация раствора йода моль/л;

       - количество мл йода, пошедшее на титрование;

       - концентрация раствора тиосульфата,  моль/л;

       - количество мл тиосульфата, пошедшее  на титрование;

- масса пробы  реакционной смеси, г.

 

1.2.4 Методика удаления поверхностных  отложений с поверхности меди

 

Взвешивают медь. В колбу вводят раствор серной кислоты, закрывают крышкой и установить на приспособление для встряхивания до полного очищения меди от поверхностных отложений. При необходимости отбирать пробы, в которых анализировать количество Cu2+ перешедшей в раствор. Как только значение Cu2+ устанавливается на одном уровне процесс прекратить. Медь отделить, тщательно промыть дистиллированной водой, высушить и взвесить. Определить массу фильтрата, содержание Cu2+,Cu+ кислоты в фильтрате.

 

1.3 Пооперационная схема

Пооперационная схема влияния природы и количества солевых добавок на коррозионное поражение меди в разбавленном растворе муравьиной кислоты в присутствии сульфата меди (II)

Рисунок 1 - Пооперационная схема влияния природы и количества солевых добавок на коррозионное поражение меди в разбавленном растворе муравьиной кислоты в присутствии сульфата меди (II)

 

 

 

 

 

2 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

 

Целью данной работы было изучение кинетики коррозионного поражения меди c образованием солей меди (I) и влияние природы и количества солевых добавок на коррозионное поражение меди с образованием солей меди (I). Эксперимент проводили в соответствии с пооперационной схемой, описанной в пункте 1.3, при комнатной температуре, на мешалке с возвратно- поступательным движением столика, со скоростью 750 об/мин.

Типичная кривая  зависимости концентрации [Cu+]  во времени представлена  на рисунке 2. Влияние природы кислоты на характеристики процесса представлены в таблице 1.

Рисунок  2 – Зависимость концентрации [Cu+] от времени

Таблица 1- Влияние количества кислоты на количество образовавшихся солей [Cu+] в жидкой фазе. Загружено  CuSO4·5 Н2О 0,3 моль/кг, растворитель вода, масса загрузки 40 г

№ п/п	Время, мин	HCOOH, моль/кг	Содержание [Cu+] в реакционной смеси, моль/кг	Характеристики процесса
				Содержание в фильтрате, моль/кг		Содержание в поверхностных отложениях, моль/кг
				[Cu+]	[Cu2+]	[Cu+]	[Cu2+]

 

 

Продолжение таблицы 1

1	2	3	4	5	6	7	8
1	20	0.5	0	0	1.260	0	0.790
	40		0
	60		0
	80		0
	100		0
	120		0
2	20	0.6	0	0.016	1.5	0.099	0.081
	40		0.0126
	60		0.0322
	80		0.0128
	100		0.0819
	120		0.0325
3	20	0.75	0.0763	0.017	0.970	0.015	0.078
	40		0.0156
	60		0.0480
	80		0.0212
	100		0.0960
	120		0.0282
4	20	0.85	0.0526	0.062	0.284	0.049	0.056
	40		0.0590
	60		0.0840
	80		0.0601
	100		0.0769
	120		0.0571
5	20	1.00	0.0310	0.054	0.045	0.039	0.376

 

 

Продолжение таблицы 1

1	2	3	4	5	6	7	8
5	40	1.00	0.0685	0.054	0.045	0.039	0.376
	60		0.0637
	80		0.0315
	100		0.0725
	120		0.0593

 

Из кривой рисунка видно, что реакция идет и одновалентная медь образуется. Но содержание ее в растворе невелико, не превышает 0.062 моль/кг (рисунок 3).

Рисунок 3 - Типичная кривая зависимости  степени превращения одновалентной меди во времени

Из полученной кривой видно, что в ходе реакции идет образование одновалентной  меди. Но степень превращения ее в растворе достаточно мала.  Увеличение  концентрации кислоты приводит к увеличению содержания меди в растворе. Из таблицы 1 следует, что в фильтрате содержание одновалентной меди увеличивается с увеличением количества добавляемой кислоты. В поверхностных отложениях так же образуется одновалентная медь, но в незначительных количествах. Двухвалентная медь образуется как в фильтрате, так и в поверхностных отложениях, но в малых количествах.

Полученную на рисунке 1, кривую подвергнем графическому дифференцированию с целью определения константы скорости и порядка реакции образования одновалентной меди.

Рисунок 4- кривая подвергшаяся графическому дифференцированию с целью определения константы скорости и порядка реакции образования одновалентной меди.

Из графика находим lnW= -3.5, поэтому константа скорости равна 0, 03. Порядок реакции равен 0.15. Кинетическое уравнение для скорости накопления соли меди(I) в данных условиях имеет вид:

W=0.03·([Cu(HCOO)2]+x)0.15

На следующем этапе было исследовано влияние добавок на количество образовавшихся солей Cu+. Влияние природы солевых добавок на характеристики процесса представлены в таблице 2.

Таблица 2- Влияние количества добавок на количество образовавшихся солей [Cu+] в жидкой фазе. Загружено:  CuSO4·5 Н2О -0,3 моль/кг; добавка соли 0,01 моль/кг; растворитель- вода, масса загрузки 40 г