Равновесие в растворах электролитов (Задача №2) Пример решения вариант № 3

На основании данных по константам диссоциации и концентрации водных растворов слабых кислот:

а) напишите выражение для константы диссоциации кислоты;

б) рассчитайте степень электролитической диссоциации кислоты;

в) рассчитайте изотонический коэффициент;

г) определите равновесную концентрацию катионов водорода (Н⁺) в данном растворе;

д) определите активность катионов водорода (Н⁺) используя уравнение Дебая-Хюккеля для расчета коэффициента активности ионов

е) рассчитайте значение рН водного раствора.

Кислота	КД	Молярность, моль/л
Бензойная C6H5COOH	6,14010-5	0,01

Решение:

а) C₆H₅COOH → Н⁺ + C₆H₅COO^-

ν = 2

б)

в) i = 1 + 0,0783∙(2-1) = 1,0783

г) С_Н⁺ = α·С = 0,0783∙0,01 = 0,000783

д)

а_Н⁺ = 1,0328·0,000783 = 0,0008

г) рН = - lg 0,0008 = 3,092

Экстракция

1. Коэффициент распределения йода между водой и сероуглеродом равен 0,0017. Водный раствор йода, содержащий 1 кг йода в 1 м³, взбалтывают с сероуглеродом. Какое количество йода экстрагируется из водного раствора, если 1 м³ водного раствора взболтать с 0,05 м³ сероуглерода, и 1 м³ водного раствора взболтать последовательно с пятью отдельными порциями сероуглерода, по 0,01 м³ каждая? (Каждый раз после взбалтывания смесь разделять в делительной воронке).

2. Экстракция пантолактона из водного раствора при производстве витамина В₃ проводится сложным экстрагентом в экстраторах непрерывного действия. Определите коэффициент распределения, если эффективное число ступеней экстракции в аппарате равно 3, объемное отношение экстрагент/рафинат равно 1/15, а концентрация пантолактона в рафинатной фазе равна: на входе – 197 кг/м³, на выходе – 15 кг/м³.

3. Коэффициент распределения йода между водой и четыреххлористым углеродом при 298 К равен 0,0117. В обоих растворителях йод имеет одинаковый молекулярный вес. Какой объем четыреххлористого углерода следует взять, чтобы однократным экстрагированием извлечь из 0,5 л водного раствора 99,9; 99,0; 90 % всего заключающегося в нем йода?

4. Фенол имеет нормальный молекулярный вес и в воде и в амиловом спирте. При 298 К раствор, содержащий 10,53 г/л фенола в амиловом спирте, находится в равновесии с водным раствором, содержащим 0,658 г/л фенола. Какое весовое количество фенола будет получено из 0,5 л водного раствора концентрацией 37,6 г/л двукратным экстрагированием амиловым спиртом? Для каждого экстрагирования берется по 0,1 л амилового спирта.

5. В 1 литре воды растворено 0,3 г кристаллического йода. Сколько раз необходимо экстрагировать 100 литров данного раствора сероуглеродом порциями по 10 литров, чтобы довести концентрацию йода в воде до 1·10^-6 г/л? Коэффициент распределения йода между водой и сероуглеродом составляет 0,0017.

6. При перегонке с водяным паром часть синтезированного n-толуидина остается в водном слое дистиллята в растворенном виде. Какое количество продукта можно извлечь из 10 литров водного слоя, содержащего 15 г/л n-толуидина, экстракцией 4 литрами бензола, если коэффициент распределения равен 0,0183?

7. Какое количество фенола можно извлечь из 100 мл водного раствора, концентрацией 1 моль/л, экстракцией 50 мл растворителя, если в качестве экстрагента взяли:

а) амиловый спирт (К=0,0667);

б) толуол (К=0,1);

в) хлороформ (К=0,08).

Какой из названных растворителей более эффективен в качестве экстрагента?

8. При синтезе фенилуксусной кислоты (С₈Н₈О₂) часть продукта растворяется в воде. Какое количество кислоты можно извлечь из 100 литров водного раствора, концентрацией 0,2 моль/л, 2-кратной экстракцией, если в качестве экстрагента взяли:

а) толуол (К=0,28);

б) хлороформ (К=0,09).

Какой из названных растворителей лучший экстрагент? Общий объем растворителя равен 40 литрам.

9. Хлоргидрин стирола извлекают из образующегося при синтезе водно-кислого раствора, обрабатывая в экстракторах периодического действия по 12 м³ раствора 0,6 м³ дихлорэтана. После этого рафинат, содержащий до 2,5 кг/м³ продукта, частично обезвреживают и сливают в промышленные стоки. Рассчитайте массу продукта, получаемого от одной загрузки аппарата, если коэффициент распределения хлоргидрина стирола в системе вода - дихлорэтан равен 0,027. Каким будет результат, если процесс вести в экстракторе непрерывного действия, работающем 3-ступенчато при общем расходе экстрагента 0,6 м³ на 12 м³ обрабатываемого раствора.

10. Ароматические углеводороды можно извлечь из продуктов крекинга или реформинга экстракцией сульфоланом (тетраметиленсульфон). Определите коэффициент распределения для рассматриваемой системы, если после 4-ступенчатой экстракции при использовании на каждой ее ступени половину объема исходного раствора. (V_э= V₀/2) содержание ароматики в исходном сырье уменьшается с 31,41 до 2,64%.

11. Для извлечения благородных металлов из водных растворов их солей перспективно воспользоваться экстракцией толуольными растворами фосфиноксидов. Какое количество золота можно извлечь из 1 м³ отработанных вод, содержащих 1000 мг/л золота, экстракцией 5 м³ раствора триоктилфосфиноксида (ТОФО) в толуоле, если коэффициент распределения золота в системе вода - раствор ТОФО равен 0,0639.

12. При действии на амиловый спирт перманганата калия образуется раствор валериановой кислоты в спирте. Какое количество кислоты можно извлечь из 100 мл полученного раствора концентрацией 0,5 моль/л, экстракцией 30 мл диэтилового эфира? Каким будет результат, если экстракцию вести в три ступени при том же общем объеме экстрагента? Коэффициент распреде­ления валериановой кислоты в указанной системе равен 0,043.

13. Концентрация анилина в отработанных водах анилинового производства равна 1,2 г/л. Перед сбросом в стоки отработанные воды подвергаются экстракции нитробензолом. Какое количество анилина можно вернуть в производство из 100 м³ раствора, если расход экстрагента составляет 0,1 м³ на 1 м³ очищаемых вод. Коэффициент распределения анилина в данной системе равен 4∙10^-3. Подберите оптимальный режим работы экстрактора.

14. Раствор содержащий 9,86 г фенола в 1 литре амилового спирта, находится в равновесии с водным раствором, содержащим 0,616 г фенола в 1 литре. Сколько граммов фенола экстрагируется из 0,5 л водного раствора фенола, концентрация которого равна 0,3 моль/л, если экстракцию проводить двуступенчато 100 мл амилового спирта.

15. Определите массу йода, которая будет извлечена из 50 м³ водного раствора йода концентрация которого равна 0,02 г/л, если экстрагирование проводить:

а) однократно 10 м³ пентана;

б) пятикратно по 2 м³ пентана.

Коэффициент распределения иода в данной системе равен 0,012.

16. Для повторного использования отработанных вод содержание фенола в них необходимо снизить до 0,5 г/л. Достаточна ли для этого 4-кратная обработка 10 м³ этих вод бензолом, если каждый раз использовать по 1 м³ свежего экстрагента, а начальное содержание фенола в отработанных водах равно 8 кг/м³; коэффициент распределения фенола в системе вода-бензол 0,2.

17. При очистке сточных вод, содержащих до 1,5 кг/м³. непрерывной экстракцией содержание фенола снижается до 0,2 кг/м. Определите коэффициент распределения фенола между водой и диизопропиловым эфиром, если эффективное число сту­пеней экстракции равно 2, а расход экстрагента на каждую ступень экстракции составляет 1/5 объема очищаемой воды.

18. В отработанных водах производства метанола содержание основного продукта достигает 1 %. Рассчитайте содержание метано­ла в стоке, если перед сбросом отработанные воды непрерывно экстрактивно очищают эфиром с эффективным числом ступе­ней, равным четырем, а общий расход экстрагента составляет 1 м³ на 1 м³ очищаемых вод. Коэффициент распределения принять равным 1,09, а плотность отработанных вод 1000 кг/м³.

19. При обработке водного раствора содержащего 9,06 г/л цинка равным объемом раствора солянокислого триоктиламина в смеси уайт-спирит-толуол, содержание цинка в водном растворе снижается до 0,021 г/л, в то время как содержание остальных металлов почти не изменяется. Определите коэффициент распределения цинка в указанной системе.

20. Коэффициент распределения йода между водой и сероуглеродом равен 0,0017. 10 литров водного раствора, содержащего 0,1 г/л йода экстрагировали 300 мл сероуглерода. Определите степень извлечения йода в процентах при одноступенчатой экстракциии и трехступенчатой с тем же общим объемом экстрагента.

21. Какое количество йода останется в 1 литре водного раствора, который был насыщен при 291 К, после взбалтывания его со 100 мл сероуглерода? Растворимость йода в воде при 291 К составляет 1 г на 3,616 л Н₂О. Коэффициент распределения йода между водой и сероуглеродом 0,001695. Молекулярная масса йода в обоих растворителях одинакова.

22. Какое количество масляной кислоты (С₄Н₈О₂)можно извлечь из 100 мл 0,5 моль/л раствора масляной кислоты в хлороформе при четырехкратной экстракции, используя каждый раз 25 мл Н₂О,

k=C_{хлороформа}=0,52С_Н2О.

23. Смесь толуола с гептаном можно разделить, экстрагируя толуол анилином, с последующей ректификацией экстрагента. Какое количество толуола можно извлечь таким методом из 1 м³ смеси, содержащую 10 % толуола, 0,5 м³ анилина, если процесс вести 5-ступенчатого с использованием по 100 л экстрагента на каждой ступени? Коэффициент распределения толуола в системе анилин-гигтан принять равным 0,8. Плотность смеси толуола с гентаном равна 700 кг/м³.

24. Коэффициент распределения йода между водой и четыреххлористым углеродом равен 0,0117. Какой объем четыреххлористого углерода необходим, чтобы при однократной экстракции из 1 м³ раствора извлечь

а) 50% йода содержащегося в воде;

б) 90% йода.

26. Водный раствор, содержащий 0,2 г/л йода экстрагировали 6,0 м³ сероуглерода. Определите степень извлечения йода в процентах при трехступенчатой экстракции 10 м³ водного раствора йода. Коэффициент распределения йода между водой и проуглеродом равен 0,0017.