Опис лабораторної установки

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Калієва селітра, або калію нітрат, являє собою безводну, практично негігроскопічну сіль білого кольору. У воді KNO₃ легко розчиняється з помітним зниженням температури.

Калію нітрат використовується у багатьох галузях промисловості та сільського господарства. Калієва селітра є цінним безбаластовим складним добривом, що вміщує два основні поживні елементи - азот (13,85 %) та калій (48,58 % К₂O).

Отримують KNO₃ такими способами:

1) конверсійним;

2) катіонного обміну;

3) нейтралізацією;

4) дією нітратної кислоти на сполуки, що містять калій.

Сутність конверсійного методу отримання KNO₃ виражається рівнянням:

NaNO₃ + КС1 →NaCl + KNO₃ (1)

Рівноважний вміст солей, що беруть участь у цій реакції, дуже сильно залежить від температури, при якій проводиться процес. З підвищенням температури розчинність калію нітрату значно зростає, а розчинність хлоридів мало змінюється. Тому процес конверсії проводять при підвищеній температурі (80-130 °С ).

Виробництво калію нітрату способом катіонного обміну полягає у процесі катіонування та схематично описується рівнянням:

К₂[кат] + СaNO₃→Са[кат] + 2КNO₃ (2)

Після заряджання катіоніту:

Са[кат] + 2КС1 →К₂[кат] + СаСl (3)

через нього пропускають розчин кальцієвої селітри, отримуючи продукційний розчин, що вміщує близько 200 г/дм³KNO₃.

Процес виробництва KNO₃ за способом нейтралізації проходить у дві стадії абсорбція оксидів азоту з відхідних нітрозних газів розчинами КОН та

К₂СО₃:

2КОН + NО₂ + NО →2KNO₃ + Н₂O (4)

2КОН + NО₂→KNO₃ + KNO₂ + Н₂O (5)

К₂СО₃ + NO₂ + NO → 2KNO₃ + СO₂ (6) 

2К₂СО₃ + NО₂ → KNO₃ + KNO₂ + СO (7)

Інверсія нітриту у нітрат калію:

2 KNO₂ + O₂ → 2KNO₃ (8)

Отримання нітрату калію під час взаємодії КС1 з НNO₃ - найбільш економний процес. Даний спосіб дозволяє організувати великотоннажне виробництво і не потребує дефіцитної сировини.

Взаємодія хлориду калію з азотною кислотою проходить згідно з реакціями:

КС1 + HNO₃ → KNO₃+ НС1 (9)

3НС1 + HNO₃ → NOC1 + С1₂ + 2Н₂O (10)

Реакція утворення нітрату калію йде зліва направо при порівняно низьких температурах (25-60 °С). Друга реакція також є оборотною і при 100 °С рівновага цієї реакції майже повністю зміщена в бік утворення хлориду нітрозилу. Крім підвищення температури, утворенню КОСl і С1₂ сприяє також підвищення концентрації азотної і соляної кислот.

Перспективним напрямком отримання KNO₃ є застосування органічних розчинників, що дозволяють провести реакцію розкладання хлориду калію при звичайній температурі. Введення органічного розчинника зсуває рівновагу реакції утворення KNO₃ вправо, а нітрат калію виділяється у тверду фазу.

ОБЛАДНАННЯ І ХІМІЧНІ РЕАКТИВИ

û Ваги аналітичні BJ1A-200-M ГОСТ 24104-2001.

û Ваги технічні ГОСТ 24104-2001.

û Плитка електрична.

û Колба мірна (місткістю 500 см³) ГОСТ 25336-82.

û Колба конічна (місткістю 250 см3) ГОСТ 23932-90.

û Лійка мірна ГОСТ 25336-82.

û Лійка Бюхнера.

û Піпетка Мора ГОСТ 29169-91 (ICO 648-77).

û Шафа сушильна СНВС.

û Вода дистильована ГОСТ 6709-72.

û HNO₃ ГОСТ 4461-77.

û H₂SO₄ ГОСТ 4204-77.

û Ацетон ГОСТ 2603-79.

û КС1 ГОСТ 4234-77.

û Н₃РО₄ ГОСТ 6552-80.

û FeSO₄ ГОСТ 4148-78. 

ОПИС ЛАБОРАТОРНОЇ УСТАНОВКИ

Отримання нітрату калію здійснюють у герметичному реакторі (1) (рисунок 1) з пропелерною мішалкою (2), яка приводиться до руху електродвигуном (4). Швидкість обертання мішалки регулюється на пульті управління (5). Через завантажувальний отвір (6) у реактор завантажують необхідні реактиви. Для розподілення отриманої суспензії використовують лійку Бюхнера (9) з колбою Бунзена (10), що підключена до вакуумного насоса.

На технічних вагах зважують необхідну кількість твердого КС1 для приготування 25-30 % розчину (задається викладачем). Через завантажувальний отвір (6) засипають сіль у реактор (1). Сюди ж через мірну лійку (3) заливають розрахований об'єм води та вмикають мішалку реактора. Після повного розчинення КС1 у воді у реактор при постійному перемішуванні заливають розраховану кількість нітратної кислоти.

1 - герметичний реактор, 2 - пропелерна мішалка; 3 - лійка,4 - електродвигун; 5 - пульт управління, 6 - завантажувальний отвір;7 - розвантажувальний отвір; 8 - пробка; 9 - лійка Бюхнера; 10 - колба Бунзена

Рисунок 1 - Схема установки для отримання нітрату калію