Файл: Флотационные реагенты. Механизм действия, физико-химические свойства, методы исследования и анализа.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 19.10.2024

Просмотров: 145

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Т а б л и ц а 45

Среднее значение рК з в растворах минеральных кислот различной концентрации

К и с л о т а

 

хлорная

 

 

соляная

 

 

серная

 

т

И»

РК3

т

Но

р К 3

т

Н0

РКз

1.28

—0,44

—1,27

0,59

0,16

—1,25

0,52

0 , 0 0

—1,24

1.99

—0,76

—1,24

1,19

—0,19

—1,26

1,80

—0,79

—1,26

2 , 6 8

—1,05

—1,27

2,41

—0,73

—1,27

2,71

—1,17

—1,27

3,41

—1.31

—1.28

3,74

—1,17

—1,25

3,49

—1,50

—1,24

4,05

—1.54

—1,25

5,09

—1,63

—1,26

4,58

—1,89

—1,26

5,58

2 , 0 2

1 , 2 0

7,57

—2,38

1 , 2 2

6,47

—2,46

—1,31

 

Среднее

—1,25

 

Среднее

—1,25

 

Среднее

—1,26

= 1,70 ,и Н0 = 0,42, что дает рК3 = —-1,28. Аналогично для хлорной кислоты рІ\з= —1,32.

Приведенные выше расчеты рК3 были связаны е шкалами кис­ лотности. В связи с этим представляло интерес сравнить резуль­ таты расчета равновесия в системе H2S—H3S+ полученные неза­ висимыми методами, не прибегая к величинам кислотности среды. Выше были обсуждены имеющиеся в литературе данные о раство­ римости сероводорода в растворах кислот и соответствующие рас­ четы рК3.

Однако, как отмечалось, эти данные имеют и иную трактовку.

 

Независимыми

являются потенциометрические и

опектрофото-

метрнческие данные

полученные

нами.

Согласно

уравнению

 

(11.49), значение

[ Н S1

определенное спектрофотометрический

1п 3Ь ■J

 

 

шкалы

кислотности.

Не завн-

методом, не зависит от выбранной

*

.

 

 

 

 

 

1H..S ]

,

сит также от выбранной шкалы кислотности и значение

определенное потенциометрическим методом.

 

 

[Н3Ь 1j

 

 

 

 

Согласно уравнению

(11.45), ‘

 

 

 

 

 

 

g

 

lg ( Ю ^ - 1 ) .

 

(П.61)

Величина АЕ в уравнении (II.61) не зависит от выбранной шкалы кислотности.

Выше был описан графический метод определения АЕ. Однако АЕ можно определить и аналитически. Действительно,

 

£ 5л = ( ^ л) + 2^ ^ Г - 2'

(11-62)

где

s,i)- — величина потенциала

ССЭ в области

кислотности,

где

различные шкалы измерения ее

совпадают, например, в об­

164


ласти

pH = 2 -i-5;

öh,i

и

öh.2 — активности

водородных

ионов

в точках, соответствующих

(f'g

,) и E'Sj.

 

 

 

Как указывалось ранее,

Е'$л определяется из эксперименталь­

но измеренной величины э.

д. с. цени

ССЭ — водородный элект­

род,

по уравнению

£ді2 =

э. д. с. + 2т) lgaH,2.

 

 

(11.63)

Тогда

 

 

 

 

 

Д£ =

 

E’S 2 — £ s', =

э.д. с. — (ES ]) -j- 2vj lgaH,i •

(11.64)

 

 

 

Так

к т все члены правой

части этого уравнения' постоянны при

выбранных условияхэксперимента, то АЕ = const.

 

 

Следовательно,

потенциометрическим методом также возмож-

 

 

 

 

[H,S]

 

 

 

й

 

 

 

но определение'

[HsS+]

независимо от выбранной шкалы кислот-

ности.

 

 

 

 

 

 

 

[H2S]

 

 

 

В

табл. 46

приведены

значения lg

в хлор,ной

кислоте,

определенные

 

 

 

 

 

 

’[H3S+]

 

 

 

спектрофотометрически и потенцію,метрически.

 

 

Среднее значение lg [H*S]

 

 

 

Таблица 46

 

 

в растворах хлорной кислоты

 

 

 

 

 

 

 

[H3s+]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Метод определения

 

 

 

т

 

 

Н0

 

 

потенциометриче­

спектрофото­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ский

 

метрический -

 

 

1,19

 

 

—0,39

 

 

 

0,84

 

0,91

 

 

2,38

 

 

—0,92

 

 

 

0,42

 

0,36

 

 

3,52

 

 

—1,34

 

 

 

0,17

 

—0,08

 

 

4,45

 

 

1 , 6 6

 

 

 

—0,07

 

-0,40

Из • таблицы

видно,

что

до

концентрации хлорной

кислоты

2,38

моль/кг (Но——.1) наблюдается удовлетворительное совпаде-

НИР

,

[H,S]

определенное

потенциометричееки

и спектро-фото­

I сг —-----——

 

 

b [H3S+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

метрически. При увеличении концентрации хлорной кислоты по­ являются расхождения тем большие, чем выше концентрация кис­ лоты.

Величины рКз, рассчитанные из да,иных табл. 46, приведены ниже.

Из данных табл. 47 следует, что рКз, определенные спектров фотометрическим и ‘Потенциометрическим методами, удовлетвори­ тельно ‘совпадают до концентрации хлорной кислоты 2,38 ,моль/кг

•и в дальнейшем различие тем больше, чем выше концентрация хлорной кислоты. Было сделано предположение, что указанное различие связано с нарушением электродной (сульфидной) функ­ ции ССЭ в сильнокислых растворах.

165


 

рКз в растворах хлорной кислоты

Т а б л и ц а 47

 

 

 

 

Метод определения

т

Но

потенциометриче­

спектрофото­

 

 

ский

метрический

1,19

-0,39

—Г,23

—1,30

2,38

—0,92

—1,34

—1,28

3,52

—1,34

—1,51

—1,26

4,45

1 , 6 6

—-1,58

—1,26

В табл. 48 приведены да,иные об 'исследовании электродной функции в растворах хлорной кислоты с помощью цепи:

Pt, (Н2)| НС104 (tn)\I НС104 (m)|| НСІО., (т), H2S (с) Ag,S, Ag.(II.65)

Уменьшение коэффициента т] =

(теоретическое значение

т)=29,6 мв) с ростом кислотности свидетельствует о нарушении обратимости ССЭ в сильнокислых растворах, начиная с Но^ —ІІ.

Полученная нами величина рК3 отличается от найденной в ра­ ботах [157, 158] величин:— 0,80 (среднее для хлорнокислых и со­ лянокислых сред).

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а 48

 

э. д. с., Е,

цепи (11.65) в растворах хлорной кислоты при 25° С

 

т,

Но

C H„S-

 

*2 CH„s

Е, мв

СІЕ

'сред

моль/кг

моль/л

 

’l - d l g C

 

 

 

 

 

1,19

—0,39

 

0,96-10-2

—2,0177

2,4

29,5

 

 

1 ,0 2 - ІО- 3

—2,9914

31,0

29,6

 

 

 

1,14ІО- 4

 

—3,9431

59,3

29,8

 

 

 

1,04ІО- 5

 

—4,9830

. 89,9

29,4

± 0 , 2

2,38

—0,92

 

0,97ІО- 2

—2,0132

5,9

29,7

 

 

0,96-10~3

—3,0177

35,7

29,4

 

 

 

1 ,0 1 -ІО

4

—3,9957

64,1

29,3

 

 

 

1 ,0 2 - 1 0

г>

—4,9914

93,4

29,3

±0,3

3,52

—1,34

 

1 ,0 2 -10 - *

—1,9914

5,3

29,0

 

 

1,03-1о- 3

—2,9872

34,2

28,6

 

 

 

0,98-10-4

—4,0088

62,9

28,4

 

 

 

0,96-10- J

—5,0177

91,6

28,4

±0,4

' 4,45

1 , 6 6

 

0,98-10-2

—2,0088

6,7

27,2

 

 

0,96-КГ3

—3,0177

34,2

27,2

 

 

 

1 ,0 2 -1 0 “

4

—3,9914

60,7

26,8

 

 

 

0,97-ІО- 5

 

—5,0132

88,4

27,5

±0,4

Используя новое значение рКз, м,ы рассчитали коэффициенты активности сероводорода в хлорнокислых и солянокислых раство-

166


pax по данным [157, 158]. Вместо концентрации водородных ио­ нов, использованной в (указанных работах для расчета равновесий протониза-цш-г, ,мы применили величины ho, так как соблюдение постулата Гам.мета для -системы H2S—H3S+ было доказано.

Коэффициент активности сероводорода, в солевом растворе с ионной силой і может быть рассчитан из отношения концентра­ ций сероводорода в воде и растворе электролита с ионной силой находящихся в равновесии друг -с другом (через газовую фазу). Это отношение в растворах с -пренебрежимо малой протонизаци-ей равно отношению Кр {см. уравнение (11. 27)] в воде н солевом растворе. В растворах с большой кислотностью требуется рассчи­

тать равновесную концентрацию 'Сероводорода, зная

брутто-

конце-нтрацшо,

и концентрацию ионов H3S+ из уравнения (11.26),

в котором вместо [Н+] фигурирует величина /г0:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t f ~ [ H 3s + j [ H 2s ] - ‘V >

 

 

 

 

 

 

(11.66)

где

К — величина, обратная

Кз-

Подстановка

этого

выражения

в уравнение (11.25) приводит -к соотношению

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C h

s s =

[H2S] +

[H2S ] ^ .

 

 

 

 

 

(11.67)

 

 

 

 

 

 

 

 

A3

 

 

 

 

 

 

 

П-одставляя

 

Ch2s из-

(II. 28)

для

случая

кислых

 

растворов,

содержащих обе

формы

сероводорода,

и

[H2S]

из

 

 

уравнения

 

 

 

 

 

 

(11.27) и учитывая,

что коэф­

 

 

 

 

 

 

фициент

активности сероводо­

 

 

 

 

 

 

рода в данном кислом элек­

 

 

 

 

 

 

тролитном растворе равен от­

 

 

 

 

 

 

ношению

Кр в воде

и -в соле­

 

 

 

 

 

 

вом растворе с данной ионной

 

 

 

 

 

 

силой, но не содержащим кис­

 

 

 

 

 

 

лоту, получае-м возможность

 

 

 

 

 

 

расчета

коэффициента

актив­

 

 

 

 

 

 

ности

сероводорода

в кислых

 

 

 

 

 

 

растворах

из

эксперименталь­

 

 

 

 

 

 

ных величин Кр в

 

 

воде, рас­

 

 

 

 

 

 

творах соли и в растворах

 

 

 

 

 

 

кислот с той же концентрацией

 

 

 

 

 

 

по уравнению

 

 

 

 

 

Рис. 95. Коэффициенты активности

се­

 

 

 

А Н аО

 

 

 

 

 

роводорода при

различных ионных

си­

 

‘H2 S

1+

 

 

( 11. 68)

 

 

лах:

 

 

 

~Кн

КЛ

1 — в растворе НС10.|, 2 — в растворе

 

 

 

 

 

 

NaOl, 3 — в растворе НС1-, 4 — в раство­

 

На рис. 95показаны резуль­

 

ре

NaCiО4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

таты расчета для хлорнокислых

и солянокислых растворов с использованием данных [157,

158].

Во

всех случаях электролит

оказывает

высаливающее

действие

’ на

сероводород,

тогда как, по данным {'157,

158],

в кислых

раст-

167


ворах происходит всалнвапне, а

соль

обладает

высаливающими

свойствами [см. уравнения (II. 30)

и (11.31)].

 

 

Полученные данные свидетельствуют о неправомочности ис­

пользования теории Лонга и Мак-Девита,

полученных для

бензо­

ла и попользованных в работах [157,

158]

для

объяснения

влия­

ния электролитов на растворимость сероводорода.

4.Выводы

1.Измерены спектры поглощения в области 212—250 нм серо­ водорода в водных растворах хлорной, соляной и серной кислот различной концентрации (до Н0= —3,32). Исходя из гипотезы протонизацин сероводорода с обр,азо>ваинем частиц H3S+, рассчи­ таны коэффициенты молярного погашения этих частиц и отноше­ ние концентраций H2S и H3S+ в растворах кислот.

2.Из зависимости указанного отношения от кислотности среды

вшкалах. Н0 и ра„ определен показатель константы диссоциации

H3S+, равный рК3= —іі,25± 0,05.

3.Показано, что независимо от выбора шкалы кислотности ре­

зультаты оптических определений отношений

концентраций H2S

и H3S+ совпадают с данными, полученными

из измерений потен­

циалов сульфид-серебряного электрода (ССЭ)

в этих

же средах

до Н0= —0,92. Последнее свидетельствует как

о

правильности

гипотезы протонизацин, так и об обратимости

ССЭ

к

сульфпд-

ионам в сильнокислых растворах (Но——1).