УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013 Редакция № 1 от 18.09 2013 стр. 1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА города СЕМЕЙ
Документ СМК 3 уровня
УМКД
УМКД
УМКД
Редакция № 1 от
Учебно-методические
« 18 » 09 2013г 042-18-10.1.34/03- 2013
материалы по дисциплине
«Химия объектов
окружающей среды и
редкометального сырья»
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ
«ХИМИЯ ОБЪЕКТОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
И РЕДКОМЕТАЛЬНОГО СЫРЬЯ»
для студентов специальности 5В060600 – «Химия»
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Семей
2013
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
Содержание
1 Глоссарий
2 Лекции
3 Лабораторные занятия
4 Самостоятельная работа студента
18.09
2013
стр. 2 из 40
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 3 из 40
Глоссарий
1. Абиотические факторы – факторы неживой природы (солнечный свет,
температура, влажность, кислотно-основные свойства)
2. Антропогенные загрязнения – загрязнения окружающей среды в
результате хозяйственной деятельности человека
3. Аэрозоли – это дисперсные системы с газообразной дисперсионной
средой
4. Биосфера – часть земной оболочки, занятая растительными и
животными организмами
5. Биоциды – вещества, действие которых направлено против живых
существ
6. Вещества-загрязнители – вещества, которые попадают в биосферу в
процессе деятельности человека, нарушают баланс веществ
экосистемы, делают среду обитания менее благоприятной
7. Глобальное загрязнение – загрязнение, которое нарушает естественные
физико-химические, биологические показатели биосферы в целом и
обнаруживается практически в любой точке планеты
8. Детоксикация – биотические превращения химического вещества в
соединения с меньшей токсичностью
9. Загрязнение окружающей среды – поступление в природную среду
любых твердых, газообразных или жидких веществ, микроорганизмов
или энергии в количествах, вызывающих изменение состава и свойств
компонентов природы, оказывающих вредное воздействие на человека,
флору и фауну
10.Ксенобиотики – вещества, не свойственные окружающей среде
11.Локальное загрязнение – загрязнение окружающей среды в конкретной
местности в ограниченных пространственно-временных масштабах
12.Метаболизм – совокупность процессов биохимических превращений и
энергии в живых организмах
13.Поллютанты – химические вещества, загрязняющие среду обитания
14.Суперэкотоксиканты – вещества, обладающие в малых дозах мощным
токсическим действием полифункционального характера
15.Экзогенные вещества – вещества, появление которых связано с
деятельностью человека
16.Экологическая предельно допустимая концентрация вещества –
пороговая концентрация, превышение которой приводит к
отрицательным последствиям для экосистемы
17.Экотоксиканты – ядовитые вещества антропогенного происхождения
18.Экосфера – совокупность свойств планеты Земля, которые создают
условия для развития жизни на Земле
19.Хемосфера – все присутствующие в биосфере химические вещества
природного и антропогенного происхождения
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 4 из 40
Модуль 1 – Химия объектов окружающей среды
Лекция 1- Проблема охраны окружающей среды
План лекции:
1.Общие представления о химическом загрязнении окружающей среды.
Промышленные источники химического загрязнения биосферы
2.
Транспортное
загрязнение.
Сельскохозяйственное
загрязнение.
Коммунальное хозяйство
3. Анализ минералов и концентратов. Анализ пород содержащих
редкоземельные элементы
1. Под загрязнением окружающей среды понимают поступление в биосферу
любых твердых, жидких и газообразных веществ или видов энергии в
количествах, оказывающих вредное влияние на человека, животных и
растения как непосредственно, так и косвенным путем. Загрязнения
биосферы подразделяют на локальные, региональные и глобальные.
Локальные загрязнения характерны для городов, крупных промышленных
предприятий, районов добычи тех или иных полезных ископаемых, крупных
животноводческих
комплексов.
Региональные
загрязнения
охватываютзначительные территории и акватории, подверженные влиянию
крупных промышленных районов. Глобальные загрязнения вызываются
атмосферными выбросами, распространяются на большие расстояния от
места возникновения и оказывают неблагоприятное воздействие на крупные
регионы. К промышленным источникам загрязнения относятся:
горнодобывающая
промышленность,
теполоэнергетика,
химическая
промышленность, добыча транспортировка и переработка нефти, атомная
промышленность,
металлургическая
и
металлообрабатывающая
промышленность.
2. Доля автотранспорта в загрязнении атмосферы продуктами сгорания
представлены в таблице
Продукты сгорания
Источники продуктов сгорания
автомобили
Электростанции,
промышленность
Оксид углерода
59,7
5,2
Углеводороды
10,9
6,4
Оксиды азота
5,5
6,5
Серосодержащие соединения
1,0
22,4
Выбросы автомобильного тарнспорта зависят от режима работы двигателя и
качества используемого топлива.
К сельскохозяйственным источникам загрязнения биосферы относятся:
минеральные удобрения, органиеские удобрения, пестициды. Основной
причиной загрязнения биосферы являются нарушения научно-обоснованной
технологии транспортировки минеральных и органических удобрений, их
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 5 из 40
хранения и внесения в почву. Пестициды – вещества, используемые при
возделывании, уборке и хранении продукции растениеводства для борьбы с
вредителями, сорняками, фитопатогенами.
Значительное количество загрязнений сбрасывается в поверхностные и
подземные воды с коммунально-бытовыми стоками городов. Другими
источниками загрязнения являются детергенты, которые являются сильными
токсикантами, устойчивыми к биологическому разложению. Кроме
коммунально-бытовых стоков в городскую канализацию поступают сточные
воды промышленных предприятий, энергетики, транспорта, а также
поверхностный сток – дождевые или снеговые воды.
3. Методы определения общего содержания редкоземельных элементов
в минералах и концентратах зависят от природы их и относительного
содержания титана, ниобия, тантала и циркония.
Анализ силикатов и фторкарбонатов. Силикаты и фторкарбонаты
редких земель могут быть разложены серной, соляной и азотной кислотами.
Для проб с содержанием железа и алюминия, превышающим
содержание редкоземельных элементов, удобнее сначала выделить
щавелевой кислотой редкоземельные элементы вместе с кальцием,
обеспечивающим в данном случае большую полноту выделения. В этом
случае фильтрат от нерастворимого остатка после разложения навески
выпаривают до 50—100 мл, нейтрализуют аммиаком до появления
небольшой мути, нагревают до 70—80° и обрабатывают равным объемом
щавелевой кислоты. Осадок оксалатов редких земель и кальция
отфильтровывают, промывают и озоляют. Окислы переносят в стакан,
растворяют в соляной или азотной кислоте и отделяют от кальция
осаждением аммиаком. Для окончательной очистки осадок гидроокисей
растворяют в кислоте и осаждают щавелевой кислотой.
Анализ фосфатов. Фосфаты разлагают длительным нагреванием с
серной кислотой при температуре выделения ее паров. Разложение
ускоряется добавлением сульфата аммония. Когда вся масса побелеет (в
остатке могут оказаться примеси циркона, неразлагаемых силикатов и
кварца), удаляют избыток серной кислоты выпариванием до небольшого
объема. Остаток растворяют в ледяной воде. Осадок оксалатов может
содержать некоторое количество фосфатов — поэтому его необходимо
переосадить. Для этого осадок озоляют при невысокой температуре, чтобы
облегчить последующее растворение окислов, взвешивают для ориентировки
и растворяют в нескольких миллилитрах азотной кислоты. Для ускорения
растворения добавляют 1—2 капли 3% раствора НNО2, восстанавливающего
церий до трехвалентного. Когда раствор над осадком пожелтеет, добавляют
по каплям перекись водорода. После растворения разбавляют раствор водой,
обрабатывают щавелевой кислотой, прокаливают осадок и взвешивают
сумму редких земель.
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 6 из 40
Анализ минералов и концентратов с высоким содержанием титана,
ниобия, тантала, циркония
Наиболее универсальным методом анализа является разложение плавиковой
кислотой с выделением редкоземельных элементов в виде фторидов. По
удалении фтор-иона осаждают редкоземельные элементы щавелевой
кислотой. В обычном ходе анализа горных пород редкоземельные элементы
количественно выделяются аммиаком с остальными гидроокисями; если их
присутствие не учитывается, они могут быть приняты за алюминий.
При малом содержании редкоземельных элементов (ниже 1%)
определение лучше производить из отдельной навески оксалатным методом в
присутствии коллектора и полученное содержание вычитать из веса осадка
полуторных окислов.
В породах, содержащих редкоземельные элементы, нередко присутствует
фтор. Фтор необходимо удалять, так как он вносит осложнения в процесс
анализа.
Остальные определения выполняются обычными методами. Если
редкоземельные элементы связаны с минералами титана, циркония, ниобия и
тантала, это осложняет ход анализа.
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: химические загрязняющие вещества, их источники,
распространение в биосфере, промышленные источники загрязнения
биосферы, транспортное загрязнение, методы анализа минерального сырья.
Вопросы для самоконтроля:
1. Укажите источники, виды и масштабы выбросов загрязняющих веществ.
2. Чем отличаются друг от друга локальное, региональное и глобальное
загрязнения биосферы?
3. Каковы особенности отходов коммунального хозяйства?
Рекомендуемая литература
1. В.Я. Хентов. Химия окружающей среды. – Ростов н/Д: Феникс, 2005. 144с. С. 4-10
2. Л.Ф. Голдовская. Химия окружающей среды. – М.:БИНОМ. 2008. -295с.
С.9-67
3. Химия окружающей среды. Под ред. Дж.О.М. Бокриса, М., Химия, 1982.
С. 13-22
4. Г. Фелленберг. Загрязнение природной среды. – М.: Мир, 1997. 232с. С. 1318
Лекция 2 - Химия загрязнения воды
План лекции:
1. Химический состав природных вод
2. Предельно-допустимые концентрации вредных веществ в природных
водах
3. Биохимическое потребление кислорода
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 7 из 40
1. По химическому составу природные воды разнообразны. Принято
совокупность компонентов, входящих в состав природных вод условно
делить на 5 групп:
1) макрокомпоненты и оны Cl-, SO42-, HCO3-, CO32-, Na+, K+, Mg2+, Ca2+
2) растворенные газы (кислород, азот, диоксид углерода, сероводород и т.д)
3) биогенные элементы (соединения азота, фосфора, кремния)
4) микроэлементы
5) органические вещества
2. Для воды установлены предельно-допустимые концентрации более чем
960 химических соединений, которые объединены в три группы по
следующим показателям вредности (ЛПВ – лимитирующий показатель
вредности): санитарно - токсикологическому (с.- т.); общесанитарному
(общ.); органолептическому (орг.).
Таблица – 2 ПДК вредных веществ в водных объектах хозяйственнопитьевого и культурно-бытового водопользования, мг/л
Вещество
ЛПВ
ПДК
Алюминий
С. – т.
0,5
Алюминия оксихлорид
Орг.
1,5
Ацетон
Общ.
2,2
3. Определить суммарное загрязнение воды органическими веществами
можно по расходу кислорода на разрушение органических веществ
микроорганизмами. Для органики массой 180 г требуется около 60 г
кислорода при 200С в течение 5 суток. Эта характеристика определяется как
пятисуточное биохимическое потребление кислорода БПК5 и выражается в
мг кислорода на 1 л природной воды. БПК5 определяют при помощи
кислородного электрода, либо с помощью цветной реакции, а также
манометрически по изменению объема воздуха над пробами сточных вод.
Оценка загрязненности по показателям БПК5 не является полной, т.к. при
анализе учитываются только биологически быстро разрушающиеся вещества
и не учитываются вещества, разрушающиеся с трудом и неорганические
соединения.
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: химические компоненты природных вод, оценки
загрязненности, биохимическое потребление кислорода
Вопросы для самоконтроля:
1. Биохимическое потребление кислорода.
2. Органолептические свойства воды
3. Показатели вредности химических соединений
4. Органические соединения, загрязняющие водную среду
Рекомендуемая литература
1. В.Я. Хентов. Химия окружающей среды. – Ростов н/Д: Феникс, 2005. 144с. С. 41-95
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 8 из 40
3. Химия окружающей среды. Под ред. Дж.О.М. Бокриса, М., Химия, 1982.
С. 276-346
4. Г. Фелленберг. Загрязнение природной среды. – М.: Мир, 1997. 232с. С. 98123
Лекция 3 - Химия очистки сточных вод
План лекции:
1. Классификация сточных вод
2. Загрязнение воды нефтепродуктами, пестицидами, поверхностноактивными веществами.
3. Методы очистки сточных вод
1. Сточные воды по своему составу делятся на: промышленные,
хозяйственные, атмосферные. По содержанию примесей промышленные
сточные воды подразделяются на 3 группы: загрязненные минеральными
примесями, загрязненные органическими примесями и загрязненные
минеральными и органическими примесями. По концентрации загрязняющих
веществ сточные воды разделяются на 4 группы: 1-500, 500-5000, 500030 000, более 30 000 мг/л. По степени агрессивности эти воды разделяют на
слабоагрессивные, сильно агрессивные и неагрессивные.
2. Известно множество факторов, приводящих к загрязнению воды:
органические остатки, ПАВ, неорганические остатки, Т.М., радионуклиды,
кислотные выбросы. Нефть, попавшая в природную среду, подвергается
микробиологическому распаду, в котором участвуют различные виды
бактерий, но этот распад протекает так медленно, что нефть в течение недель
или даже месяцев находится на поверхности воды. За это время ее
легколетучие компоненты испаряются, а оставшиеся подвергаются
медленному окислению. В результате обоих процессов малолетучие
компоненты объединяются в сгустки, которые с течением времени
опускаются на дно. ПАВ – их называют детергенты (тензиды). ПАВ
представляют собой органические вещества с гидрофильными и
гидрофобными участками совершенно различного химического строения. К
наиболее распространенным ПАВ относятся алкилсульфоновые кислоты, у
как которых остаток серной кислоты образует гидрофильный участок:
R1
CH
SO3-
R2
.
Алкиламмониевые соединения содержат в качестве полярного компонента
положительно заряженную третичную аммониевую группу. Поэтому они
носят название инверсионных мыл и проявляют бактерицидное действие
R1  N  CH 3 2  R2 . Незначительная концентрация ПАВ 0,05-0,1 мг/л в воде
достаточна, чтобы активизировать токсичные вещества, адсорбированные на
донных осадках.
3. Методы очистки сточных вод делятся на деструктивные и регенеративные.
Деструктивные методы очистки сводятся к разрушению загрязняющих воду
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 9 из 40
веществ путем их окисления или восстановления. Образующиеся при этом
продукты распада удаляются из воды в виде осадков или газов либо остаются
в ней в форме растворимых минеральных солей. Регенеративные методы
позволяют извлекать и утилизировать содержащиеся в воде ценные вещества.
Для всех стоков первой стадией процесса является механическая очистка,
предназначенная для освобождения воды от взвешенных и коллоидных
частиц. Следующим этапом является удаление из воды растворенных в ней
химических соединений физико-химическими, химическими, электрохимическими, биологическими методами. Физико-химические методы
очистки: для очистки сточных вод от растворимых органических соединений
(фенолов, пестицидов, ароматических нитросоединений, ПАВ, красителей)
используют метод адсорбции, а также ионнообменую очистку. Биохимические
методы очистки сточных вод: аэробные и анаэробные методы.
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: классификация сточных вод, загрязнение воды
нефтепродуктами, пестицидами, поверхностно-активными веществами,
методы очистки воды: биологические, специальные методы
Вопросы для самоконтроля:
1. Чем опасны ароматические соединения, нефтепродукты и детергенты для
биосферы?
2. Охарактеризуйте действие детергентов
3. охарактеризуйте методы очистки сточных вод
Рекомендуемая литература
1. Химия окружающей среды. Под ред. Дж.О.М. Бокриса, М., Химия, 1982.
С. 330-334, 71-90
2. Лурье Ю.Б. Аналитическая химия промышленных сточных вод. М.
Химия, 1984.
3. Г. Фелленберг. Загрязнение природной среды. – М.: Мир, 1997. 232с. С. 123-135
Лекция 4-5 - Химия загрязнения атмосферы
План лекции:
1.Химический состав атмосферы. Источники загрязнения атмосферы.
2. Смог
3. Методы очистки атмосферы
1. Атмосфера - это смесь молекулярных, диссоциированных и
ионизированных газов, находящихся на различных высотах, между которыми
происходят постоянные реакции, обусловливающие возникновение легких и
тяжелых частиц.
Газ
Состав, объемн.%
Состав вес.%
N2
78,09
75,51
O2
20,95
23,15
Ar
0,93
1,28
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
CO2
Ne
Редакция № 1 от
0,03
0,0018
18.09
2013
стр. 10 из 40
0,046
0,00125
Загрязнение атмосферы может быть естественным (природным) и
антропогенным (техногенным). К основным источникам антропогенного
загрязнения
относятся:
промышленные
предприятия,
транспорт,
теплоэнергетика, сельское хозяйство и др. Токсичными газами являются
оксиды азота, диоксид серы, монооксид углерода, метан, диоксид углерода.
2. Смог - газообразные и твердые примеси в сочетании с туманом или
аэрозольной дымкой, образующиеся в результате их преобразования и
вызывающие интенсивное загрязнение атмосферы. Различают 3 типа
городского смога: 1 - ледяной смог - его источником служат тепловые
электростанции. Это водяной пар, превращающийся в мелкие кристаллы льда,
сильно ухудшающие видимость. Оксиды серы, взаимодействуя с водяными парами,
образуют серную кислоту, мелкие капли которой также входят в состав ледяного
смога. Второй тип - лондонский смог, его главный источник - выбросы тепловых
электростанций, промышленных предприятий, бытовых топок «4СН» + 302 ->
4СО + 2Н20, а также
4FeS2 + 11O2-+ 8S02 + 2Fe203.
S02 + Н20 - >Н+ + HS03-.
2HS03- + 02 <->2H+ + 2SO42-.
Особенно опасен третий тип - фотохимический, или «лос-анджелесский»
смог - это результат химических реакций между оксидами азота и
углеводородами, поступающими из выхлопов автомобилей и идущих под
действием солнечного света фотохимических реакций. В составе смога
определяется около 600 химических соединений.
3. Отходящие и выхлопные газы должны проходить очистку. По методу
Вальтера к топочному газу прибавляют аммиак.
2NH3 + SO2 + Н2О + (1/2) О2 ->' 2NH+4 + SO42Выпавший в осадок сульфат аммония, если в нем нет тяжелых металлов или
галогенов, можно использовать в качестве удобрения. По методу Клауса к
газам в стехиометрическом отношении к SO2 добавляется сероводород, при
этом SО2 восстанавливается с образованием элементной серы:
2Н2S + SO2 -* 3S.+ 2Н2О
По методу скрубберной (мокрой) очистки газ предварительно тщательно
очищается от пыли с помощью электрофильтра. Образующийся вначале в
скруббере сульфит кальция в дальнейшем под влиянием SO2, Са(OH)2 и кислорода
воздуха переходит в гипс.
SO2+CaSO3+ H2O → Ca(HSO3)2
Ca(HSO3)2 +O2→ 2CaSO4 + 2H2O
Для очистки газа, образующегося при сжигании бурого угля, специально
разработан метод сухой очистки, по этом методу измельченный уголь
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 11 из 40
перемешивается с известняковой пылью, и эта смесь подается в камеру
сгорания.
CaCO3+SO2+(1/2)O2→ CaSO4 +CO2
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: химический состав атмосферы, источники загрязнения
атмосферы, воздействие загрязнителей воздуха на организм, виды смога,
методы очистки атмосферы
Вопросы для самоконтроля:
1. Охарактеризуйте химический состав атмосферы
2. Какие соединения загрязняют атмосферу?
3. Объясните, почему такое инертное вещество как СО опасно для здоровья?
4. Что такое смог?
5. Виды смога. Какой из видов смога наиболее опасен? Почему?
6. Какие существуют методы очистки атмосферы? Какой из методов
наиболее эффективен?
Рекомендуемая литература
1. В.Я. Хентов. Химия окружающей среды. – Ростов н/Д: Феникс, 2005. 144с. С. 11-41
2. Л.Ф. Голдовская. Химия окружающей среды. – М.:БИНОМ. 2008. -295с.
С.69-273
3. Химия окружающей среды. Под ред. Дж.О.М. Бокриса, М., Химия,
1982.С. 276-330
4. Г. Фелленберг. Загрязнение природной среды. – М.: Мир, 1997. 232с. С. 1898
Лекция 6, 7 – Аналитическая химия загрязняющих веществ
Содержание:
1. Методы анализа природных вод
1. Общие основы анализа сточных вод
2. Электрохимические методы в контроле окружающей среды
1. Многие природные вещества содержат малые количества растворимого
органического вещества, поэтому перед определением их необходимо
концентрировать. Для концентрирования природных вод используют
следующие методы:
1) вымораживание водных растворов с выделением льда, не содержащего
органических веществ;
2) вакуумное выпаривание при температурах, исключающих денатурацию
РОВ;
3) лиофильная сушка растворов;
4)
адсорбционные методы.
Для дальнейшего исследования РОВ в составе природных вод
используют методы фракционирования на ионитах и сефадексах. При рН,
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 12 из 40
характерном для природных вод, катионит сорбирует большинство
аминокислот (глицин, аланин, аргинин, гистидин и др.), а анионит
поглощает избирательно только кислые аминокислоты, такие, как
глутамин и аспарагин. Чисто ионообменный процесс в этих условиях не
реализуется, и взаимодействие с ионитами протекает по функциональным
группам сорбента за счет образования водородных связей. Сходная картина
наблюдается и при сорбции органических веществ других классов,
например, гуминовых кислот и фульвокислот, полифенолов, карбоновых
кислот, белков и др. Дальнейшее разделение веществ каждой из этих групп
на фракции с различной молекулярной массой проводят, используя
хроматографические методы.
2. В ходе хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения
нормируются цвет, запах, прозрачность, кислотность, щелочность, сухой
остаток, рН, содержание азота, окисляемость, биохимическая потребность в
кислороде (БПК), содержание растворенного кислорода, хлоридов,
свободного хлора, фосфатов, фторидов и жесткость. Все эти параметры
контролируются и в технологических, и в сточных водах. Для анализа вод
применяют химические, физико-химические и бактериологические
методы, а определение их органолептических свойств основывается на
использовании органов чувств исследователя. Наряду с перечисленными
выше показателями в сточных водах определяют содержание сульфатов,
хлоридов, фосфатов, кислорода и свободного хлора, используя стандартные
химические методики.
3. Для успешного контроля их содержания в сточных водах все чаще находят
применение современные физико-химические методы анализа, в том числе хроматография, полярография, электрохимические методы анализа, ионометрия и др.
Методом газожидкостной хроматографии в сточных водах определяют
органические кислоты с длиной углеродной цепи С2 — С5, спирты,
альдегиды, сложные эфиры, фенолы и другие органические соединения.
Метод тонкослойной хроматографии позволяет определять в сточных водах
нефтепродукты, побочные продукты синтеза изопрена, фенолы. Полярография
позволяет сделать вывод о том, какие ионы из числа определяемых и в каких
концентрациях присутствуют в растворе. Метод полярографии используется
для определения содержания в сточных водах тяжелых металлов, в том числе
свинца, кадмия, ртути, меди, цинка, кобальта, никеля, титана, хрома, марганца.
Кроме металлов полярографическим методом в сточных водах определяют
поверхностно-активные вещества, ароматические углеводороды, нитраты. Метод
ионометрии основан на использовании ион-селективных электродов,
представляющих собой электрохимические полуэлементы, для которых
разность потенциалов на границе раздела фаз электродный материал –
электролит зависит от активности определяемого иона в исследуемой среде.
Он используется в анализе сточных вод для определения фтора, нитратов.
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 13 из 40
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: методы анализа природных вод, общие основы анализа
сточных вод, электрохимические методы в контроле окружающей среды
Вопросы для самоконтроля:
1. В чем преимущества полярографического метода при анализе объектов
окружающей среды?
2. Дайте определение биохимическому потреблению кислорода. Как
определяется БПК?
3. Виды жесткости? Способы умягчения воды.
Рекомендуемая литература
1. Химия окружающей среды. Под ред. Дж.О.М. Бокриса, М., Химия,
1982.С. 580-650
Модуль 2 – Химия редкометального сырья
Лекция 8 – Анализ редкометального сырья
План лекции:
1. Получение металлов из руд
2. Получение особо чистых металлов
1. Редкоземельные элементы встречаются в виде оксидов, сульфидов и
карбонатов. Перед восстановлением руду подвергают дополнительной
обработке. Первой стадией обработки сульфидов является окислительный
обжиг, в результате образуется оксид. Процесс получения металла сводится к
восстановлению его оксида. Восстановление оксидов водородом
обеспечивает
наибольшую
чистоту
получаемого
металла.
Для
восстановления очень экзотермических оксидов применяют металлотермию.
Например, ванадий, ниобий и тантал получают восстановлением
соответствующих пятиокисей кальцием. Для получения хрома, марганца,
ванадия используют алюминотермию:
V2O3 + 2Al = 2V + 2Al2O3
Титан, цирконий, гафний получением восстановлением соответствующих
тетрахлоридов магнием:
TiCl4 + 2Mg = 2MgCl2 + Ti
Так как металлы являются рассеянными, для их выделения приходится
обрабатывать бедные этими элементами руды. Поэтому используют
гидрометаллургические методы, при которых извлечение нужных элементов
из руды и их разделение осуществляется через растворы.
2. Извлекаемые из руд металлы содержат значительное количество примесей.
Для очистки металлов применяют разнообразные методы. Сравнительно
чистые металлы получают электролизом растворов соответствующих солей,
прием в качестве анода используют неочищенный металл. Другим методом
очистки веществ является зонная плавка – в подлежащем очистке препарате,
изготовленном в виде стержня, местным нагреванием создают
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 14 из 40
расплавленную зону, которая движется вдоль стержня. Происходит
обогащение примесями жидкой фазы и обеднение твердой фазы. Иногда для
очищения от летучих компонентов используют вакуумную плавку или
разложение пентакарбонила металла.
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: получение металлов из руд, получение чистых металлов
Вопросы для самоконтроля:
1. Какими методами производят обогащение руд редкоземельным металлом?
2. На чем основан метод зонной плавки?
3. Что такое иодидное рафинирование?
Рекомендуемая литература
1. В.В. Плющев, С.Б. Степина, П.И. Федоров. Химия и технология редких и
рассеянных элементов. – М.: Высш. шк., том 2. 1976. 368 с.С.86-148
Лекция 9 - Анализ редкометального сырья, содержащего рений
План лекции:
1. Минералы рения
2. Извлечение из молибденита
3. Получение металлического рения
1. К минералам, содержащим 10-3—10-4 вес.% рения, относятся: молибденит
MoS2, колумбит (Fe, Mn)Nb2O6 и танталит (Fe, Mn)Ta2O6, халькопирит
CuFeS2, борнит Cu5FeS4, халькозин Cu2S, пирит FeS2, гадолинит
Y2FeBe2[Si2Ol0], тортвейтит (Sc, Y)3Si207.
2. Сульфидные полиметаллические руды молибденита MoS2, содержащие
сульфид рения, обогащают селективной флотацией. Для извлечения рения
концентраты молибденита перерабатывают либо пирометаллургическим,
либо гидрометаллургическим методом. Концентраты молибденита MoS2,
содержащие сульфиды рения, меди, цинка, железа и других металлов,
подвергают окислительному прокаливанию при температуре 600—650° в
большом избытке воздуха.
MoS2 + 72О2 = МоО3 + 2SO2 + 266,2 ккал
2ReS2 + 15/2О2 = Re2O7 + 4SO2 + 206,14 ккал
Для отделения рения от молибдена можно использовать pазницу в
температурах сублимации окислов Re2O7, MoO3, можно осадить молибден в
виде фосфоромолибдата или молибдата бapия или осадить рений в виде
KReO4 (метаперренат калия), NH4Re04, можно экстрагировать
HReO4
или
органические
метаперренаты As(С6Н5)4ReO4, Р(С6Н6)4ReO4
органическими
растворителями
(амиловыми
спиртами,
трибутилизооктиламинфосфатом).
3. Металлический рений получают восстановлением метаперренатов
щелочных металлов KReO4, NH4Re04, окислов ReO2 (двуокись рения), Re2O7,
сульфидов ReS2 (дисульфид рения), Re2S7 (сульфид рения) или
оксигалогенидов рения ReOCl4, ReO3Cl (хлорид перренила, триоксихлорид
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 15 из 40
рения), ReOF4 (окси тетрафторид рения), ReO2F2 (диоксидифторид рения)
водородом при нагревании, а также термическим разложением соединений
Re3Cl9 (трихлорид рения), ReO2, (NH4)2[ReI6], K2[ReI6] (гексайодоренит
калия) или разложением на нагретом катоде димера Re2(CO)10 и
электролизом кислых растворов метаперренатов.
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: минералы и руды рения, извлечение рения из молибденита,
получение металлического рения
Вопросы для самоконтроля:
1. Металлический рений получают разложением: A. Re(CO)5; B. Re2(CO)10; C.
Re(CO)10; D. Re3Cl9; E. ReCl3
2. Для получения металлического рения используют методы: A.
восстановления метаперренатов щелочных металлов; B. термической
диссоциации триммера трихлорида рения; C. разложения димера
пентакарбонила рения; D. электролиз растворов метаперренатов; E. ответы
А, В, С, D
3. Укажите продукты реакции NH4Re04 + H2--->: A. ReO2 + NH3 + H2O; B.
Re2O7 + NH4OH;
C. ReO3 + NH3 + H2O; D. Re04 + NH4OH; E. Re + NH4OH
Рекомендуемая литература
1. В.В. Плющев, С.Б. Степина, П.И. Федоров. Химия и технология редких и
рассеянных элементов. – М.: Высш. шк., том 3. 1976. 368 с. С.292-315
Лекция 10, 11 – Анализ редкометального сырья, содержащего молибден
и вольфрам
План лекции:
1. Минералы молибдена и вольфрама
2. Переработка молибденовых и вольфрамовых руд
3. Получение металлического вольфрама и молибдена
1. К наиболее важным минералам молибдена относятся следующие:
Молибденит, MoS2, содержит 60% Мо; Повеллит, СаМоО4, получается в
результате взаимодействия молибденовой кислоты с грунтовыми водами,
содержащими растворимые соли кальция; Ферримолибдит (молибденовая
охра), Fe2(MoO4)3*7,5H2O, находится в окисленных зонах залежей
молибденовых и железных руд; Вульфенит, РЬМоО4; Ильземанит
МоО2*4МоО3; Белонозит MgMoO4, Патераит (Са,Fe)MoO4, комплексные
минералы свинец — ванадий — молибден, свинец — вольфрам — молибден,
свинец — мышьяк — молибден и др.
Основные минералы вольфрама: Вольфрамит (Mn, Fe)WO4, Шеелит CaWO4,
Ферритунгстит Fe23+(WO4) (OH)4.4H2O.
2. Так как молибденовые руды и полиметаллические комплексные руды
содержат малое количество молибдена, эти минералы в размолотом виде
подвергают обогащению. Для обогащения полиметаллических сульфидных
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 16 из 40
руд до уровня молибденита применяют селективную флотацию. Руды,
содержащие вульфенит, повеллит, ферримолибдит, обогащаются флотацией
и подвергаются гидрометаллургической переработке. Концентраты
молибденовых руд перерабатываются пирометаллургическими или
гидрометаллургическими
способами.
При
пирометаллургической
переработке концентратов молибденита получают трехокись молибдена,
молибдат натрия или ферромолибден. При гидрометаллургической
переработке богатых молибденом концентратов можно получить трехокись
молибдена, гептамолибдат аммония (NH4)6[Mo7O24]*4Н2О, молибдат натрия
Na2МоО4*2Н2О, молибдат кальция СаМоО4, молибдат железа FeMoO4. Из
бедных концентратов обычно получают молибдат кальция СаМоО4.
Обогащение вольфрамовых руд осуществляется гравитационными,
электростатическими,
электромагнитными,
флотационными
или
химическими методами. Концентраты шеелитных руд перерабатывают
спеканием с карбонатом натрия и кварцевым песком или при нагревании
концентрированным раствором карбоната натрия или конц.HCl.
3. Металлический молибден получают восстановлением окислов молибдена
водородом, кальцием, алюминием, магнием, цинком, кремнием, углеродом,
электролитическим восстановлением различных соединений молибдена и
термической диссоциацией гексакарбонила молибдена. Для получения
металлического молибдена используют следующие его соединения: α-МоО3,
δ-МоО2, Н2МоО4-Н2О, (NH4)[Mo7O24].4H2O, K2[MoCl8], MoS2.
Металлический вольфрам получают восстановлением при нагревании
трехокиси вольфрама водородом, углеродом или окисью углерода,
металлотермическим восстановлением окислов вольфрама металлическим
алюминием, цинком, кальцием или магнием, термической диссоциацией
гексахлорида вольфрама.
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: минералы и руды молибдена и вольфрама, способы
переработки молибденовых и вольфрамовых руд, получение металлического
вольфрама и молибдена
Вопросы для самоконтроля:
1. При обработке концентратов вульфенита РbМоО4 используют методы: A.
восстановительного-щелочного сплавления со смесью соды и угля; B.
сплавления с сульфидом натрия или смеси сульфата натрия с углем; C.
обработки раствором сульфида натрия; D. Ответы А, С; E. Ответы A,B,C
2. Для выделения молибдена из продуктов гидрометаллургической
переработки используется: A. ионнобменные смолы; B. Экстрагирование; C.
Хроматографирование; D. температурный обжиг; E. нет правильного ответа
3. Для получения металлического молибдена используются: A.
восстановление оксидов H2, Ca, Al, Mg, Zn, Si, C; B. электролитическое
восстановление соединений молибдена; C. термическая диссоциация
гексакарбонила молибдена; D. Ответы A,B,C; E. Ответы A,B
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 17 из 40
Рекомендуемая литература
1. В.В. Плющев, С.Б. Степина, П.И. Федоров. Химия и технология редких и
рассеянных элементов. – М.: Высш. шк., том 3. 1976. 368 с. С.184-218, 246275
Лекция 12 - Анализ редкометального сырья, содержащего ванадий
План лекции:
1. Минералы ванадия
2. Переработка руд, содержащих ванадий
3. Получение металлического ванадия
1. Наиболее важные минералы ванадия: Патронит, V2S5 загрязнен SiO2,
A12O3, серой, сульфидами железа, никеля и др.; Карнотит,
K2(UO2)2(VO4)2*3H2O; радиоактивен; Ванадинит, Pb5(VO4)3Cl или
3Pb3(VO4)2*PbCl2;
Роскоэлит
(колорадская
ванадиевая
слюда),
KV2[Al2Si3O10](ОН)2,
черно-коричневого
цвета;
Тюямунит,
Ca(UO2)2(VO4)2*8H2O.
2. Переработка концентратов железных руд, содержащих ванадий
Примерно 50% всего производимого ванадия получается при переработке
ванадомагнетитов, титанованадомагнетитов и фосфористого гематита,
содержащего ванадий. В процессе обогащения ванадомагнетитов и
титанованадомагнетитов
электромагнитными
или
гравитационными
методами и фосфористого гематита — гравитационным методом ванадий
переходит в железосодержащий концентрат, из которого переработкой в
высоких доменных печах переводят в шлак примерно 80% ванадия.
Прокаливанием шлака с NaCl при 800—900° во вращающихся печах
получают триметаванадат натрия:
6Fe[V2O4] + 12NaCl + 21/2О2 = 4Na3V3O9 + 3Fe2O3 + 6С12
Если содержание ванадия очень мало, разбавленный водный раствор
метаванадата натрия обрабатывают известковой водой для осаждения
метаванадата кальция, который затем высушивается при 200° и служит для
получения феррованадия.
Если содержание ванадия велико, водный раствор триметаванадата натрия
обрабатывают кислотами для осаждения V2O5, который после высушивания
и плавления (700—800°) используется для получения металлического
ванадия или феррованадия.
Карнотитные руды K2(UO2)2(VO4)2 *ЗН2О, содержащие 0,75— 1 вес.%
ванадия в смеси с 6—9% NaCl, подвергаются хлорирующему прокаливанию
при 850°. После охлаждения прокаленный материал проходит влажный
размол с 3%-ным раствором карбоната натрия и затем противоточную
промывку нагретым до 92—96° раствором карбоната натрия.
3. Металлический ванадий получают в результате термической диссоциации
иодида ванадия (II) в вакууме, восстановлением окислов VO, V2O3, VO2, V2O5
металлическим кальцием, сплавами редкоземельных металлов, водородом
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 18 из 40
под давлением при высокой температуре или сахарным углем в атмосфере
водорода в электрической печи, восстановлением хлоридов ванадия VC12,
VC13, VCl4 водородом при длительном нагревании, а также катодным
восстановлением расплавов, содержащих V2O5.
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: минералы и руды ванадия, переработка руд, содержащих
ванадий, получение металлического ванадия
Вопросы для самоконтроля:
1. Переработка руд, содержащих ванадий состоит в: A. переработке
концентратов железных, ванадинитных и карнотитных руд; B. экстракции
ванадия
органическими
растворителями;
C.
металлотермическом
восстановлении пятиокиси ванадия; D. Ответы А и В; E. Ответы А, В, С
2. Формула ванадинита: A. V2S5; B. K2(UO2)2(VO4)2*3H2O; C. Pb5(VO4)3Cl; D.
KV2[Al2Si3O10](ОН)2; E. Na3V3O9
3. Феррованадий – это сплав: A. железо-ванадий-алюминий; B. железованадий; C. железо-ванадий-медь; D. железо-ванадий-титан; E. железованадий-цирконий
Рекомендуемая литература
1. В.В. Плющев, С.Б. Степина, П.И. Федоров. Химия и технология редких и
рассеянных элементов. – М.: Высш. шк., том 3. 1976. 368 с.С. 18-32
Лекция 13 - Анализ редкометального сырья, содержащего ниобий и
тантал
План лекции:
1. Минералы ниобия и тантала
2. Переработка руд ниобия и титана
3. Получение металлического ниобия и тантала
1. Наиболее важными минералами ниобия являются следующие: Колумбит,
(Fe, Mn)(NbO3)2, встречающийся в изоморфной смеси с танталитом (Fe,
Мn)(ТаО3)2. Колумбит он устойчив к действию химических реагентов.
Лопарит, (Na, Ca, Ce)(Nb, Ti)O3, встречается в виде серовато-черных
кубических кристаллов с плотностью 4,75—4,89 г/см3. Пирохлор,
NaCaNb2O6F, с плотностью 4,03—4,36 г/см3.
Наиболее важным минералом тантала является танталит. Танталит, (Fe,
Mn)(TaO3)2, находится в изоморфной смеси с колумбитом, с плотностью 8,20
г/см3.
2. Ниобий и тантал выделяют из танталито- или титано-колумбитовых
концентратов,
полученных
с
использованием
электромагнитных,
гравитационных, флотационных и химических методов обогащения руд,
поскольку содержание ниобия и тантала в природных рудах мало. При
переработке концентратов руд ниобия и тантала сначала отделяют
второстепенные примеси (вольфрама, олова, железа, марганца, свинца,
кремния и др.), затем отделяют титан и разделяют ниобий и тантал.
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 19 из 40
Металлургические процессы полной переработки руд ниобия — тантала
сложны поскольку эти концентраты могут содержать большое количество
трудно отделяемых примесей: Nb, Та, Ti, W, Sn, Fe, Mn, Pb. При химической
переработке концентратов руд ниобия — тантала получают гидратированные
пятиокиси, комплексные фториды, оксифториды, галогениды ниобия и
тантала. Концентраты танталито-колумбитов разлагают сплавлением со
щелочами, карбонатами или гидросульфатахми щелочных металлов, с
кислым фторидом калия либо проводят хлорирование при 600—700° в
присутствии угля.
3. Металлический ниобий получают восстановлением соединений Nb2O5,
NbCl5, K2[NbF7], K2[Nb0F5] или термической диссоциацией Nbl5.
Nb2O5 + 5Н2 = 2Nb + 5Н2О
Nb2O5 +Ca=2Nb+5CaO
NbCl5+5Na = Nb + 5NaCl
K2[NbF7] + 5Na = Nb + 2KF + 5NaF
Металлический тантал получают путем восстановления соединений K2[TaF7],
ТаС15, Та2О5 при нагревании без доступа воздуха или термической
диссоциацией ТаС1 5 в вакууме.
K2[TaF7] + 5Na = Та + 5NaF + 2KF ТаС15 + 5Na = Та + 5NaCl
2ТаС15 + 5Mg = 2Та + 5MgCl2
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: минералы и руды ниобия и тантала, переработка руд ниобия
и титана, получение металлического ниобия и тантала
Вопросы для самоконтроля:
1. Ниобий от тантала можно отделить от тантала: A. дробной
кристаллизацией комплексных фторидов; B. дробной перегонкой хлоридов;
C. селективной экстракцией органическими растворителями; D. адсорбцией
на ионообменных смолах; E. Ответы А, В, С, D
2. Порошкообразный металлический тантал можно превратить в компактный
металл методом: A. порошковой металлургии; B. электролитической
металлургии; C. переплавкой в вакууме; D. металлотермическим
восстановлением в вакууме; E. термической диссоциации
3. минералам ниобия относятся: A. патронит, карнотит, роскоэлит; B.
колумбит, лопарит, пирохлор; C. бадделеит, циркон, танталит; D. тортвейтит,
молебденит, ферримолебденит; E. нет правильного ответа
Рекомендуемая литература
1. В.В. Плющев, С.Б. Степина, П.И. Федоров. Химия и технология редких и
рассеянных элементов. – М.: Высш. шк., том 3. 1976. 368 с. С.60-88
Лекция 14 - Анализ редкометального сырья, содержащего цирконий и
гафний
План лекции:
1. Минералы циркония и гафния
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 20 из 40
2. Переработка руд циркония и гафния
3. Получение металлического циркония и гафния
1. К важнейшим минералам циркония относятся следующие: Бадделеит,
ZrO2, содержит до 73,9% циркония; загрязнен HfO2, U3O8, ThO2, SiO2, ТiO2,
Fe2O3 и др.; Циркон (гиацинт), ZrSiO4, содержит 49,5% Zr (загрязнен НfO2,
Fe2O3, СаО, иногда Аl2О3, Y2O3, Ce2O3, P2O5, ThO2, Мn205, Та2О6, U3O8),
плотность 4,56 г/см3.
Минерал гафния: Тортвейтит, (Sc, Y)2Si207, содержит малые количества
ZrO2 и НfO2.
2. Для обогащения циркона применяется комплекс гравитационных,
электромагнитных, электростатических и флотационных методов, а в случае
бадделеита — гравитационные и электромагнитные. Концентраты циркона
можно разрушить спеканием с СаО или СаСО3, сплавлением с NaOH или
Na2CO3, спеканием с гексафторосиликатами, а также карбидизацией и
хлорированием.
ZrSiO4 + 2CaO = CaZrO3 + CaSiO3
ZrSiO4 + 2CaCO3 = CaZrO3 + CaSiO3 + 2CO2
Спеканием измельченного концентрата циркона с K2[SiF6] и КС1 при 650—
700° получают K2[ZrF6] и K2[HfF6]:
ZrSiO4 + K2[SiF6] = K2[ZrF6] + 2SiO2
HfSiO4 + K2[SiF6] = K2[HfF6] + 2SiO2
Прокаливанием при 1900—2000° смеси концентрата циркона с углем
получают карбид циркония ZrC, загрязненный SiO2:
ZrSiO4 + 3C = ZrC + SiO2 + 2CO
Хлорированием карбида и нитрида циркония при 350—450° получают
тетрахлорид циркония, загрязненный SiCl4 и Fe2Cl6.
ZrC + 2С12 = ZrCl4 + С + 202 ккал
ZrN + 2С12 = ZrCl4 + V2N2 + 160 ккал
3. Металлический цирконий получают восстановлением тетрахлорида
циркония металлическим магнием или натрием в атмосфере гелия или
аргона, восстановлением гексафторцирконата калия металлическим
натрием в вакууме (или в атмосфере водорода, гелия, аргона и др.),
термической диссоциацией тетраиодида циркония, электролизом расплава
K2[ZrFe] с КС1 в атмосфере аргона, восстановлением двуокиси циркония
металлическим натрием или кальцием при нагревании в вакууме.
Производство губчатого металлического гафния по процессу Кроля
основано на металлотермическом восстановлении тетрахлорида гафния
металлическим магнием или натрием в атмосфере гелия или аргона при 850°:
HfС14 + 2Mg = Hf + 2MgCl2
HfС14 + 4Na = Hf + 4NaCl
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: минералы и руды циркония и гафния, переработка руд
циркония и гафния, получение металлического циркония и гафния
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 21 из 40
Вопросы для самоконтроля:
1. Цирконий от гафния можно отделить: A. дробной кристаллизацией солей;
B. термическим разложением (NH4)2[ZrF6] и (NH4)2[HfF6]; C. дробной
перегонкой 3ZrCl4*2POC13 и ЗHfС14*2РОС13; D. селективной экстракцией
органическими растворителями; E. ответы А,В,С, D.
2. гафниевые руды обогащают методами: A. гравитационными,
электромагнитными, электростатическими, флотационными методами; B.
электромагнитными, электростатическими, флотационными методами; C.
гравитационными, электромагнитными, флотационными методами; D.
гравитационными, электростатическими, флотационными методами; E.
Ответы B, C, D
3. К минералу гафния относится: A. Бадделеит; B. Тортвейтит; C. Циркон; D.
Повелит; E. нет правильного ответа
Рекомендуемая литература
1. В.В. Плющев, С.Б. Степина, П.И. Федоров. Химия и технология редких и
рассеянных элементов. – М.: Высш. шк., том 2. 1976. 368 с. С.306-345
Лекция 15 – Анализ редкометального сырья, содержащего германий
План лекции:
1. Минералы германия
2. Получение германия
1. Содержание германия в земной коре составляет 7*10-4%. Основная масс
его находится в сильно рассеяном состоянии в сульфидно-циноковых и
силикатных рудах, а также в каменных углях. При переработке сульфидноцинковых руд и углей германий концентрируется в пылях, которые и
являются основным сырьем для его выделения. Обогащенное германием
сырье обрабатывают соляной кислотой и выделяют тетрахлорид германия.
Из тщательно очищенного перегонкой тетрахлорида германия осаждают
гидроксид, котрый прокаливанием переводят в оксид (IV), который
восстанавливают водородом при 6000С. Полученный порошкообразный
элементарный германий переплавляют в слиток в атмосфере азота.
2. Германий особой чистоты получают специальными методами. Сначала его
подвергают фракционной перекристаллизации, при которой используются
различия в растворимости примесей в твердой и жидкой фазах и малая
скорость диффузии в твердой фазе. Затем вытягиванием из расплава слитков
чистейшего германия изготовляют монокристаллы. В процессе образования
монокристаллов в германий вводят строго определенные дозы примесей для
придания ему нужного вида проводимости и определенного значения
удельной электрической проводимости.
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: минералы и руды германия, получение металлического
германия
Вопросы для самоконтроля:
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 22 из 40
1. Перечислите минералы германия.
2. Как получают металлический германий?
Рекомендуемая литература
1. В.В. Плющев, С.Б. Степина, П.И. Федоров. Химия и технология редких и
рассеянных элементов. – М.: Высш. шк., том 2. 1976. 368 с. С.173-203
Лабораторные занятия
Лабораторное занятие 1 - Определение марганца фотометрическим
методом
Цель занятия: количественное определение марганца в сточных водах
Вопросы для допуска к лабораторной работе:
1. Каково влияние марганца на живой организм?
2. Каково предельно-допустимое содержание марганца в воде?
3. В какой форме присутствует марганец в воде?
Ход определения. К 100 мл пробы, если надо предварительно разбавленной
или упаренной, приливают 3 мл концентрированной азотной кислоты и такой
объем 0,1 н. раствора нитрата ртути (II), чтобы он был эквивалентен
содержание хлорид-ионов во взятой пробе, и сверх того еще 2 мл.
Добавляют, если надо, фосфорную кислоту, нагревают до кипения,
прибавляют 5 мл раствора персульфата аммония, 2 капли раствора нитрата
серебра и кипятят 5 мин. По охлаждении раствора переносят его в мерную
колбу емкостью 200 мл, разбавляют дважды перегнанной дистиллированной
водой до метки и перемешивают. Оптическую плотность полученного
раствора измеряют в кювете с толщиной слоя 5 см при λ=525 нм по
отношению к дистиллированной воде и, рассчитывая концентрацию
марганца по калибровочному графику. Содержание марганца (х) в мг/л
находят по уравнению
, где с - концентрация марганца, найденная
по калибровочному графику, мг/мл; V – объем пробы, взятой для анализа и
приведенной к 100 мл; 200 – объем пробы перед измерением оптической
плотности, мл.
Калибровочный график: Для построения калибровочного графика в
мерные колбы емкостью 100 мл отмеривают 0,5; 1; 2; … 50 мл стандартного
раствора перманганата (0,1 н), разбавляют дистиллированной водой до меток
и перемешивают. Концентрации полученных растворов будут равны
соответственно 0,05; 0,10; 0,20; …5,0 мг/л марганца. Измеряют оптическую
плотность этих растворов в тех же условиях, в каких находили оптическую
плотность анализируемого раствора, и строят кривую в координатах:
концентрация марганца – оптическая плотность.
Вопросы для самоконтроля:
1. На чем основано определение марганца в сточных водах?
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 23 из 40
2. Напишите уравнение окисления ионов марганца до перманганат - ионов в
кислой среде.
3. Дайте токсикологическую характеристику марганца. ПДК марганца в
водных объектах?
Лабораторное
занятие
2,
3
Определение
нитрат-иона
колориметрическим методом
Цель занятия: количественное определение нитрат-ионов в сточных водах
Вопросы для допуска к лабораторной работе:
1. Перечислите пути поступления нитрат-ионов в воду
2. Какова ПДК для нитрат-ионов в воде?
3. С чем связаны сезонные колебания содержания нитрат-ионов в воде?
Ход определения. Если анализируемая вода содержит окрашенные
органические вещества, отбирают 150 мл пробы, прибавляют 3 мл суспензии
гидроокиси алюминия, тщательно перемешивают, оставляют на несколько
минут и фильтруют, отбрасывая первые порции фильтрата. К 20 мл
фильтрата прибавляют 2 мл раствора салицилата натрия и выпаривают в
фарфоровой чашке на водяной бане досуха. После охлаждения сухой остаток
смачивают 2 мл серной кислоты и оставляют на 10 мин. Содержимое
разбавляют 15 мл дистиллированной воды, приливают 15 мл раствора едкого
натра и сегнетовой соли, переносят количественно в мерную колбу емкостью
50 мл, обмывая стенки чашки дистиллированной водой, охлаждают до
комнатной температуры, доводят дистиллированной водой до метки и
полученный окрашенный раствор колориметрируют, применяя фиолетовые
светофильтры (λ=410 нм) и кюветы с толщиной слоя 5 см. Из найденного
значения оптической плотности вычитают оптическую плотность раствора,
полученного в холостом опыте, в котором 20 мл дистиллированной воды
подвергают такой же обработке. Результат определения находят по
калибровочной кривой, для приготовления которой отбирают 0; 0,5; 1,0; …
2,0 мл рабочего стандартного раствора нитрата калия, доводят
дистиллированной водой до 20 мл, проводят определение, и строят
калибровочный график в координатах: оптическая плотность – концентрация
нитрат-ионов.
Вопросы для самоконтроля:
1. На чем основано определение нитрат-ионов?
2. Напишите уравнение взаимодействия нитрат-ионов с салицилатом натрия.
3. Перечислите главные источники поступления в окружающую среду
нитрат-ионов.
Лабораторное занятие 4, 5 - Определение содержания сульфатов в
пробах природных и очищенных сточных вод титрованием солью
свинца в присутствии дитизона
Цель занятия: количественное определение сульфат-ионов в сточных водах
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 24 из 40
Вопросы для допуска к лабораторной работе:
1. На чем основано определение сульфат-ионов в сточных водах?
2. Что является главным источником сульфатов в природных водах?
3. Каковы
особенности
комплексонометрического
определения
сульфатов?
Ход определения. Определение коэффициента молярности нитрата свинца
(поправочный коэффициент). Отбирают пипеткой 10 мл раствора сульфата
калия в коническую колбу, прибавляют тройной объем этилового спирта
или ацетона и индикатора (дитизона) в таком количестве, чтобы раствор
был сине-зеленого цвета. Пробу титруют раствором нитрата свинца при
постоянном перемешивании до перехода окраски раствора в краснофиолетовую, не исчезающую при стоянии.
Повторяют титрование и при отсутствии расхождения в объемах титранта
более 0,02 см3 за результат титрования принимают среднее арифметическое.
Коэффициент определяют по формуле:
где m(K2SO4) – навеска сульфата калия, содержащаяся в 250 см3 раствора, г;
M(1/zK2SO4) – молярная масса эквивалента сульфата калия, г/моль;
V(K2SO4) – объем раствора K2SO4, взятый для определения коэффициента,
см3; V(Pb(NO3)2) – объем раствора Pb(NO3)2, пошедший на титрование
сульфата калия, см3; C(1/zPb(NO3)2) – молярная концентрация эквивалента
Pb(NO3)2, моль/дм3.
Выполнение работы. Отбирают пробу и пропускают ее через катионит
КУ-2 в Н+-форме. Первую порцию воды, прошедшую через колонку (2530 мл),
отбрасывают. Затем
пипеткой
отбирают 10-20 мл
профильтрованной воды в коническую колбу, прибавляют 3-х кратное
количество ацетона или спирта, добавляют индикатор (дитизон) в таком
количестве, чтобы раствор приобрел сине-зеленый цвет. Пробу титруют
раствором нитрата свинца при постоянном перемешивании до перехода
раствора в красно-фиолетовую окраску. Вблизи точки эквивалентности
раствор нитрата свинца следует прибавлять по одной капле, интенсивно
встряхивая смесь, до тех пор, пока перестанет возвращаться синяя окраска
раствора. Массовую концентрацию сульфатов в анализируемой пробе
воды рассчитывают по формуле:
где СХ – массовая концентрация сульфатов в воде, мг/дм3; V(Pb(NO3)2) – объем раствора
нитрата свинца, израсходованного на титрование, см3; V(пробы) – объем пробы, взятый
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 25 из 40
для титрования после катионирования, см3; 0,02 – молярная концентрация эквивалента
Pb(NO3)2, моль/дм3; 48,03 – молярная масса эквивалента сульфат-иона, г/моль; К –
коэффициент молярности (поправочный коэффициент).
Вопросы для самоконтроля:
1. Сущность метода определения сульфат-ионов в сточных водах.
2. Напишите уравнение взаимодействия сульфат-ионов с хлоридом бария.
3. Какова роль сульфат-ионов?
Лабораторное занятие 6, 7 - Фотометрическое определение железа (ІІ),
(ІІІ) с сульфосалициловой кислотой в природных, питьевых, сточных
водах
Цель занятия: количественное определение железа в сточных водах
Вопросы для допуска к лабораторной работе:
1. На чем основано фотометрическое определение железа в сточных
водах?
2. От чего зависит образование комплексов железа с сульфасалициловой
кислотой?
3. ПДК железа в сточных водах?
Ход определения. Определение суммарного содержания ионов железа (ІІ)
и железа (ІІІ)
Построение калибровочного графика
В мерные колбы на 100 мл вводят 1, 2, 4, 6, 8, 10 мл рабочего стандартного
раствора соли железа, доводят рН раствора до 6-8, добавляя 10% раствор
аммиака (контроль рН по универсальной индикаторной бумаге). Затем
приливают 2 мл 2М раствора хлорида аммония, 2 мл 20% раствора
сульфосалициловой кислоты, 2 мл 10% раствора аммиака. После добавления
каждого реактива содержимое колб перемешивают, затем доводят объем
раствора до метки дистиллированной водой, перемешивают и через 15 мин
фотометрируют при λ=400-430 нм в кюветах с толщиной оптического слоя 5
см по отношению к дистиллированной воде, обработанной как
стандартные растворы. Калибровочный график строят в координатах:
оптическая плотность (D) – содержание железа (C); мг/л.
Выполнение анализа. Из тщательно перемешанной пробы анализируемой
воды отбирают 10-25 мл (содержание железа не более 1мг/л). Если
содержание железа выше, пробу необходимо разбавить. Отобранный
аликвотный объем переносят в мерную колбу на 100мл. Далее добавляют
реактивы и проводят измерения как описано при построении калибровочного
графика. По калибровочному графику находят содержание
железа,
соответствующее измеренной оптической плотности раствора.
Содержание железа (общего) в исследуемом растворе рассчитывают по
формуле:
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 26 из 40
где С(Feобщ) – содержание железа (общего) в анализируемом растворе, мг/л; С гр. –
содержание железа, найденное по калибровочному графику, мг/л; Vпр. – объем раствора,
взятый на фотометрирование, мл; Vкол. – объем мерной колбы при разбавлении.
Определение содержания ионов железа (ІІІ).
Построение калибровочного графика. В мерные колбы на 100 мл вводят 1, 2,
4, 6, 8, 10 мл рабочего стандартного раствора железа (ІІІ), добавляют по
каплям 10% раствор аммиака до рН=6 (контроль по универсальной
индикаторной бумаге). Затем вводят 0,2 мл раствора соляной кислоты, 5
мл 20% раствора сульфосалициловой кислоты, доводят объем раствора до
метки дистиллированной водой, перемешивают содержимое колбы и через
10 мин. измеряют оптическую плотность раствора при λ = 510 нм в кювете с
толщиной слоя 3 см. По полученным данным строят калибровочный
график зависимости оптической плотности растворов от содержания ионов
железа (ІІІ).
Выполнение анализа. Аликвотный объем анализируемой воды 25-50 мл
помещают в мерную колбу на 100 мл (при содержании железа не более 1
мг/л). Если концентрация железа выше, пробу необходимо разбавить так,
чтобы значение содержания железа укладывалось в калибровочный график.
К объему раствора в мерной колбе добавляют, если необходимо, раствор
аммиака или соляной кислоты до рН=6 (контроль по универсальной
индикаторной бумаге). Добавляют 0,2 мл раствора соляной кислоты, 5 мл
20% раствора
сульфосалициловой
кислоты,
доводят
до
метки
дистиллированной водой, перемешивают и измеряют оптическую плотность.
По калибровочному графику находят содержание железа (ІІІ) в
фотометрируемом объеме. Содержание железа (ІІІ) в пробе рассчитывают
по формуле (1).
Вопросы для самоконтроля:
1. Чем опасны соединений железа для биосферы?
2. На чем основано определение железа?
3. Напишите уравнение реакции взаимодействия хлорида железа с
сульфосалициловой кислотой.
Лабораторное занятие 8 - Определение «активного хлора»
Цель занятия: определение содержания активного хлора в сточных водах
Вопросы для допуска к лабораторной работе:
1. Какова химическая активность хлора?
2. Как хлор взаимодействует с примесями воды?
3. Виды хлорсоединений в воде?
Ход определения. В коническую колбу, снабженную притертой стеклянной
пробкой, наливают 50-100 мл анализируемой воды, вносят 0,5 г иодида калия
и добавляют 10 мл уксусной кислоты. Через 5 мин оттитровывают
выделившийся йод 0,005н. раствором тиосульфата натрия. В конце
титрования прибавляют 1-2 мл раствора крахмала. Содержание «активного
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
хлора» (х) в мг/л вычисляют по формуле:
18.09
2013
стр. 27 из 40
, где а – объем
раствора тиосульфата натрия, израсходованного на титрование, мл; К –
поправочный коэффициент для приведения концентрации раствора
тиосульфата натрия к точно 0,01 н; V – объем анализируемой воды, мл; 0,355
– количество хлора, эквивалентное 1 мл 0,01 н. раствора тиосульфата натрия,
мг.
Вопросы для самоконтроля:
1. Дайте определение «активного хлора».
2. Какие соединения хлора встречаются в биосфере?
3. Напишите уравнение взаимодействия йода с тиосульфатом натрия.
Лабораторное занятие 9, 10 – Определение содержания хлоридов
методом осадительного титрования
Цель занятия: определение содержания хлорид-ионов методом
аргентометрии
Вопросы для допуска к лабораторной работе:
1. Объясните, почему хлориды широко распространены в природных
водах?
2. Каким методом определяются хлорид-ионы в воде?
3. Каково должно быть содержание хлоид-ионов по ГОСТУ?
Ход определения. Приготовление стандартного раствора хлорида
натрия. Рассчитайте массу хлорида натрия, необходимую для
приготовления 1л 0,01М раствора NaCl. Взвесьте рассчитанное количество
соли (в предварительно взвешенном бюксе) на технических, а затем на
аналитических весах. Навеску NaCl перенесите через воронку с коротким
концом в мерную колбу вместимостью 1 л. Затем небольшим количеством
дистиллированной воды из промывалки сполосните бюкс, его крышечку и
воронку так, чтобы вся соль была смыта в колбу. Налейте в мерную колбу на
1/3 ее объема дистиллированной воды, снимите воронку и перемешайте
раствор до полного растворения соли. Затем доведите уровень раствора в
колбе до метки. Рассчитайте титр, г/мл, и молярную концентрацию, моль/л,
приготовленного раствора с точностью до четырех значащих цифр:
Приготовление стандартизированного раствора нитрата серебра.
Рассчитайте массу нитрата серебра, необходимую для приготовления 250 мл
0,01М раствора AgNО3, взвесьте на технических весах. Навеску нитрата
серебра растворите в 250 мл дистиллированной воды. Приготовленный
раствор перелейте в склянку из темного стекла, так как на свету нитрат
серебра разлагается с выделением свободного серебра.
Определение точной концентрации раствора нитрата серебра. Бюретку
подготовьте к титрованию и заполните раствором нитрата серебра. В две
конические колбы вместимостью 250 мл с помощью мерной пипетки внесите
по 10 мл стандартного раствора NaCl, с помощью мерного цилиндра - по 90
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 28 из 40
мл дистиллированной воды и в каждую колбу добавьте по 5-7 капель
индикатора - 5 %-ного раствора К2СrO4. Содержимое одной из колб
оттитруйте раствором нитрата серебра до перехода лимонно-желтой окраски
в оранжево-красную, а вторую колбу используйте как образец для сравнения.
Титрование повторите 3-4 раза. На титрование 10 мл стандартного раствора
NaCl израсходовано
раствора AgN03, мл:
V1 =
V2 =
V3 =
_____________
Vср(AgNO3) =
По закону эквивалентов вещества реагируют друг с другом в эквивалентных
количествах. Для AgNO3 и NaCl fэкв = 1, поэтому для этих веществ вместо
молярных концентраций эквивалентов можно использовать молярные
концентрации, моль/л:
где V(NaCl) - объем раствора хлорида натрия, V(NaCl) = 10 мл.
Определение содержания хлорид-ионов в растворе.
Получите у преподавателя исследуемый раствор в мерной колбе
вместимостью 100 мл и доведите уровень раствора до метки
дистиллированной водой.
В коническую колбу вместимостью 250 мл внесите мерной пипеткой 10 мл
исследуемого раствора, мерным цилиндром - 90 мл дистиллированной воды
и добавьте 5-7 капель индикатора - 5 %-ного раствора К2СrO4. Оттитруйте
содержимое колбы раствором нитрата серебра до перехода лимонно-желтой
окраски в оранжево-красную. Титрование повторите 3-4 раза.
На титрование 10 мл исследуемого раствора израсходовано раствора AgNO3,
мл:
V1 =
V2 =
V3 =
_____________
Vср(AgNO3) =
Рассчитайте молярную концентрацию, моль/л, и массу, г, хлорид-ионов в
исследуемом растворе по следующим формулам:
где V(Cl ) - объем раствора, взятого на титрование, V(Cl ) = 10 мл; М(С1 ) молярная масса хлорид-иона, г/моль; V- объем исследуемого раствора, V=
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 29 из 40
0,1 л.
Вопросы для самоконтроля:
1. Какие другие методы определения хлорид-ионов вам известны?
2. Каковы условия определения хлорид-ионов?
3. В каких случаях применим метод осадительного титрования хлоридионов?
Лабораторное занятие 11, 12 - Определение содержания меди методом
йодометрического титрования
Цель занятия: определение содержания меди в сточных водах
Вопросы для допуска к лабораторной работе:
1. Какова роль меди для флоры, фауны и человека?
2. Перечислите источники поступления меди в окружающую среду
3. Каково должно быть содержание меди в водопроводной воде согласно
ГОСТУ?
Ход определения. Приготовление стандартного раствора дихромата
калия. Реакция между йодидом калия и дихроматом калия в кислой среде
протекает по уравнению
Для K2Cr2О7 fэ = 1/6, поэтому молярная масса эквивалента дихромата калия
Мэ(К2Сr2O7) = М(К2Сr2O7)fэ =294,18.1/6 = 49,03 г/моль.
Рассчитайте массу дихромата калия для приготовления 250 мл раствора с
молярной концентрацией эквивалента 0,02 моль/л, взвесьте на технических
весах.
Навеску К2Сr2O7 перенесите через воронку в мерную колбу вместимостью
250 мл. Небольшим количеством дистиллированной воды из промывалки
ополосните бюкс и вылейте содержимое в колбу. Ополосните воронку из
промывалки. Налейте в колбу приблизительно на 1/3 ее объема
дистиллированной воды, снимите воронку и перемешайте раствор круговыми
движениями колбы до полного растворения дихромата калия. Добавьте в
колбу дистиллированной воды примерно на 0,5 см ниже метки, а затем
доведите уровень до метки, прибавляя воду по каплям пипеткой, при этом
нижний край мениска раствора должен совмещаться с меткой на горлышке
колбы. Закройте колбу пробкой и перемешайте раствор, несколько раз
переворачивая колбу. Рассчитайте титр, г/мл, и молярную концентрацию
эквивалента, моль/л, раствора с точностью до четырех значащих цифр:
Приготовление рабочего раствора тиосульфата натрия.
Реакция между йодом и тиосульфатом натрия протекает по уравнению
2Na2S2O3 + I2 → 2NaI + Na2S4O6
I2 + 2e → 2I-
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 30 из 40
2S2O32- -2e → S4O62Для тиосульфата натрия fэ = 1. Молярная масса эквивалента тиосульфата
натрия
Рассчитайте массу Na2S2O3.5H2O, необходимую для приготовления 500 мл
0,02 н раствора Na2S2O3 (fэ=1), взвесьте на технических весах.
В колбу вместимостью 1 л налейте 500 мл дистиллированной воды, нагрейте
до кипения и кипятите в течение 3-5 мин для предотвращения разложения
тиосульфата натрия под действием кислорода воздуха и углекислого газа.
Закройте колбу пробкой с хлоркальциевой трубкой и охладите.
Добавьте в колбу Na2CO3 (на кончике шпателя) для устойчивости титра и
рассчитанного количество Na2S2O3 • 5Н2O, взвешенного на технических
весах. Закройте колбу пробкой и перемешайте раствор круговыми
движениями колбы до полного растворения солей.
Определение точной концентрации раствора тиосульфата натрия.
Заполните бюретку через воронку раствором тиосульфата натрия так, чтобы
мениск был выше нулевого деления. Заполните носик бюретки раствором,
удалив из него пузырьки воздуха. Уберите воронку и установите уровень
раствора в бюретке на нулевое деление по нижнему краю мениска. Мерную
пипетку вместимостью 10 мл промойте раствором ди­
хромата калия и отмерьте 10 мл этого раствора в коническую колбу.
Отмерьте цилиндром 2-2,5 мл раствора KI и 5-6 мл 2 н. раствора серной
кислоты и добавьте к раствору дихромата калия. Накройте колбу часовым
стеклом, чтобы предупредить потери от улетучивания йода, и выдержите в
темноте 5 мин для завершения реакции. Затем снимите часовое стекло,
ополосните его над колбой дистиллированной водой из промывалки и
добавьте в колбу около 80 мл дистиллированной воды. Полученный раствор
титруйте раствором тиосульфата натрия до соломенно-желтого цвета, после
чего добавьте в колбу 2-2,5 мл раствора крахмала и продолжайте титровать
до исчезновения синей окраски раствора. Запишите в лабораторный журнал
объем раствора Na2S2О3, израсходованный на титрование.
Титрование необходимо повторить не менее 3 раз, при этом расхождение
между результатами не должно превышать 0,2 мл. На титрование 10 мл
раствора К2Сr2O7 было израсходовано Na2S2О3, мл:
V1 =
V2 =
V3 =
_____________
Vср(Na2S2O3) =
Концентрацию раствора тиосульфата натрия рассчитайте по формуле
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 31 из 40
где V(К2Сr2O7) - объем раствора дихромата калия, V(К2Сr2O7) = 10 мл.
Определение содержания меди в растворе. Получите у лаборанта
исследуемый раствор в мерной колбе вместимостью 50 мл, добавьте в него 3
мл 2 н. раствора СНзСООН. Долейте в колбу дистиллированной воды до
метки, закройте колбу пробкой и перемешайте ее содержимое, переворачивая
колбу несколько раз.
В коническую колбу отберите 10 мл исследуемого раствора с помощью
мерной пипетки, добавьте 5 мл 20 %-ного раствора KI. Закройте часовым
стеклом и выдержите в темноте 5 мин, затем титруйте раствором
тиосульфата натрия до бледно-желтого цвета. Добавьте 2-3 мл раствора
крахмала и продолжайте титровать до исчезновения синей окраски раствора.
Осадок CuI должен иметь цвет слоновой кости.
Уравнение протекающей реакции имеет вид
На титрование 10 мл исследуемого раствора соли меди (II) было
израсходовано Na2S2O3, мл:
V1 =
V2 =
V3 =
_____________
Vср(Na2S2O3) =
Рассчитайте концентрацию раствора соли меди (II)
где V(Cu2+) - объем раствора, взятого на титрование, V(Cu2+) =10 мл.
Рассчитайте массу меди в 50 мл исследуемого раствора, г:
где Мэ (Сu) - молярная масса эквивалента меди, Мэ(Сu) = М(Сu) = 63,54
г/моль; V- объем исследуемого раствора, V= 0,05 л.
Вопросы для самоконтроля:
1. Объясните, почему используется косвенное титрование при определении
меди?
2. Напишите уравнение реакции взаимодействия йодида калия с дихроматом
калия в кислой среде
3. В каких случаях используется йодометрическое титрование?
Лабораторное занятие 13, 14 - Титриметрическое определение ванадия в
стали
Цель занятия: определение содержания ванадия в стали
Вопросы для допуска к лабораторной работе:
1. Перечислите методы определения ванадия в сплаве
2. Как получают металлический ванадий высокой чистоты?
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 32 из 40
3. Какая руда используется в основном для получения металлического
ванадия?
Ход определения. Навеску 0,1-0,5 г стали растворяют при нагревании в
смеси 20 мл серной и 5 мл азотной кислот. Раствор выпаривают до
выделения паров H2SO4. Остаток охлаждают, добавляют к нему 100 мл воды,
3-5 мл фосфорной кислоты и окисляют ионы ванадия, добавляя по каплям
раствор перманганата калия до появления розового окрашивания, не
исчезающего в течение 1-2 мин. После окисления ионов ванадия к раствору
прибавляют 1 мл раствора сульфата марганца и по каплям раствор щавелевой
кислоты до обесцвечивания. Если раствор мутный, его фильтруют. Фильтрат
разбавляют водой в мерной колбе емкостью 200-250 мл. Отбирают для
титрования 2 мл полученного раствора и титруют раствором метилового
оранжевого до появления окрашивания.
Вопросы для самоконтроля:
1. На чем основано определение ванадия в стали?
2. Какие ионы мешают определению ванадия?
3. Напишите уравнение реакции метилового оранжевого с ванадатом.
Лабораторное занятие 15 - Титриметрическое определение вольфрама в
стали
Цель занятия: определение содержания вольфрама в стали
Вопросы для допуска к лабораторной работе:
1. Какие методы титриметрического титрования используются для
определения вольфрама?
2. Перечислите наиболее распространенные минералы и руды вольфрама
3. Как определяют конечную точку титрования?
Ход определения. Навеску стали 0,5-1 г растворяют в стакане в горячей
соляной кислоте (1:1) и добавляют азотную кислоту. Раствор кипятят,
прибавляют 60 мл горячей воды, прибавляют к нему 5 мл соляной кислоты
(1:1) и кипятят 5 мин. Осадок вольфрамовой кислоты отделяют на двойном
фильтре «синяя лента», промывают горячей соляной кислотой (5:95) и водой
до отрицательной реакции на хлор-ионы. Стакан промывают раствором
нитрата калия, переносят в него фильтр с осадком и приливают 60 мл
горячей воды, вводят 2 капли фенолфталеина и растворяют вольфрамовую
кислоту в избытке титрованного раствора щелочи. Избыток щелочи
оттитровывают раствором азотной кислоты до обесцвечивания раствора.
Параллельно проводят холостой опыт с фильтром. По результатам
титрования вычисляют содержание вольфрама в стали.
Вопросы для самоконтроля:
1. На чем основан метод определения вольфрама?
2. Как выделяют вольфрамовую кислоту?
3. В каких случаях используют титриметрический метод определения
вольфрама?
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 33 из 40
Тесты для контроля самостоятельной работы студентов
1. Смесь молекулярных, диссоциированных и ионизированных газов,
находящихся на различных высотах, между которыми происходят
постоянные реакции называется:
A. литосферой
B. атмосферой
C. гидросферой
D. гомосферой
E. гетеросферой
2. К основным источникам антропогенного загрязнения атмосферы
относятся:
A. промышленные предприятия
B. транспорт
C. теплоэнергетика
D. сельское хозяйство
E. все перечисленные
3. К основным загрязнителям атмосферного воздуха:
A. оксиды азота и оксиды серы
B. оксиды азота, оксиды серы, монооксид углерода, диоксид углерода
C. монооксид и диоксид углерода
D. метан
4. Городской смог делится на:
A. ледяной, лондонский, фотохимический
B. антарктический, химический, морозный
C. субарктический, лос-анджелесский, кислотный
D. кристаллический, серный, азотный
E. нет правильного ответа
5. Кроме оксидов N0X и озона, в фотохимическом смоге присутствуют:
A. монооксид углерода СО
B. углеводороды СХНУ
C. альдегиды
D. пероксиацилнитраты
E. все перечисленные
6. По показателям вредности химические соединения воды объединены в
группы:
A. санитарно-токсикологическая
B. общесанитарная
C. органолептическая
D. Ответы А,В,С
E. Ответы А,С
7. Цветность воды не должна превышать (в условных градусах):
A. 2
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 34 из 40
B. 10
C. 20
D. 5
E. 1
8. Количество миллилитров воды, в котором находится одна кишечная
палочка называется:
A. коли-индексом
B. коли
C. коли-титром
D. титром
E. индексом
9. Общая минерализованность воды (мг/л) не должна превышать:
A. 100
B.10
C.1
D. 50
E. 1000
10. Качество поверхностных вод нормировано для:
A. хозяйственно-питьевого водопользования
B. культурно-бытового водопользования
C. рыбохозяйственного водопользования
D. Ответы А, С
E. Ответы А,В,С
11. Методы очистки сточных вод делятся на:
A. деструктивные
B. регенеративные
C. связывающие
D. бактериологические
E. Ответы А, В
12. методы, извлекающие и утилизирующие содержащиеся в воде ценные
вещества, называются:
A. регенеративными
B. деструктивными
C. извлекающими
D. утилизирующими
E. восстановительными
13. Для глубокой очистки сточных вод от органических соединений
используют:
A. ионообменную очистку
B. метод адсорбции
C. аэробную очистку
D. анаэробную очистку
E. реагентную очистку
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 35 из 40
14. Очистка сточных вод, протекающая без доступа кислорода и
используемая для обезвреживания осадков, называется:
A. биохимической
B. аэробной
C. анаэробной
D. регенеративной
E. деструктивной
15. Для всех стоков первой стадией процесса очистки является:
A. физико-химическая очистка
B. механическая очистка
C. ионообменная очистка
D. адсорбционная очистка
E. химическая очистка
16. Для анализа вод применяют:
A. химические, физические, физико-химические методы
B. химические, физические, бактериологические методы
C. химические, физико-химические, бактериологические методы
D. физические, физико-химические, бактериологические методы
E. химические, физические методы
17. Сухой остаток определяют:
A. фотоколориметрическим методом
B. потенциометрическим методом
C. гравиметрическим методом
D. объемным методом
E. кондуктометрическим методом
18. Концентрацию ионов NH4+ определяют:
A. кондуктометрическим методом
B. потенциометрическим методом
C. колориметрическим методом
D. комплексонометрическим методом
E. спектрофотометрическим методом
19. Для концентрирования природных вод используются:
A. вымораживание водных растворов с выделением льда
B. вакуумное выпаривание
C. лиофильная сушка растворов
D. адсорбционные методы
E. все перечисленные
20. Показатель, используемый для характеристики степени загрязнения
сточных вод органическими примесями, способными разлагаться
микроорганизмами с потреблением кислорода, называется:
A. химической потребностью в кислороде
B. биохимической потребностью в кислороде
C. окисляемостью
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 36 из 40
D. биологической потребностью в кислороде
E. дихроматной окисляемостью
21. Радиоактивные лучи делятся:
A. α-лучи
B. β-лучи
C. γ-лучи
D. ответы А,В
E. ответы А,В,С
22. β-лучи представляют собой:
A. поток нейтронов
B. поток быстрых электронов
C. поток нейтрино
D. ядра атомов гелия
E. поток позитронов
23. 1 акт распада радиоактивного элемента за 1 секунду соответствует:
A. 1 Беккерелю
B. 1 Кюри
C. 1 Зиверту
D. 1 Грею
E. 1 Бэру
24. Энергия любого вида излучения, поглощенная 1кг вещества называется:
A. дозой
B. эквивалентной дозой
C. экспозиционной дозой
D. поглощенной дозой
E. периодом полураспада
25. время, необходимое для распада 50 % присутствующих - радиоактивных
атомов называется:
A. периодом полувыведения
B. периодом выведения
C. периодом полураспада
D. периодом распада
E. полураспадом
26. При обогащении полиметаллических молибденовых руд используют:
A. гидрометаллургическую обработку
B. пенную флотацию
C. пирометаллургическую обработку
D. селективную флотацию
E. прокаливание
27. При окислительном прокаливании концентратов молибденита в
зависимости от условий образуются:
A. МоО3 и SO2
B. МоО2 и SO2
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 37 из 40
C. МеМоО4 и SO2
D. Ме2(МоО4)3 и SO2
E. все перечисленные
28. Гептамолибдат аммония (NH4)6[Mo7O24] получают по реакции:
A. ZnMoO4 + NH4OH
B. ZnMoO4 + NH3
C. ZnMoO4 + NH4Cl
D. ZnMoO4 + NH4MgPO4
E. ZnMoO4 + NH3 + O2
29. При обработке концентратов вульфенита РbМоО4 используют методы:
A. восстановительного-щелочного сплавления со смесью соды и угля
B. сплавления с сульфидом натрия или смеси сульфата натрия с углем
C. обработки раствором сульфида натрия
D. Ответы А, С
E. Ответы A,B,C
30. Для получения металлического молибдена используются:
A. восстановление оксидов H2, Ca, Al, Mg, Zn, Si, C
B. электролитическое восстановление соединений молибдена
C. термическая диссоциация гексакарбонила молибдена
D. Ответы A,B,C
E. Ответы A,B
31. Сульфидные полиметаллические руды молибденита MoS2 обогащают:
A. пирометаллургическим методом
B. термической диссоциацией
C. электролитическим методом
D. селективной флотацией
E. гидрометаллургическим методом
32. При окислительном прокаливании концентратов молибденита (MoS2 и
ReS2) образуется:
A. МоО3, Re2O7, SO2
B. KReO4, SO2, МоО3
C. ReO2, SO2, МоО3
D. ReOCl4, SO2
E. Re2S7, SO2
33. Допишите уравнения реакции KReO4 + 3/2Н2
A. ReOCl4 + КОН + Н2О
B. Re2O7 + КОН + Н2О
C. ReO2 + КОН + Н2О
D. Re2S7 + КОН + Н2О
E. нет правильного ответа
34. Металлический рений получают разложением:
A. Re(CO)5
B. Re2(CO)10
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 38 из 40
C. Re(CO)10
D. Re3Cl9
E. ReCl3
35. Для получения металлического рения используют методы:
A. восстановления метаперренатов щелочных металлов
B. термической диссоциации триммера трихлорида рения
C. разложения димера пентакарбонила рения
D. электролиз растворов метаперренатов
E. ответы А, В, С, D
36. Процесс обогащения ванадомагнетитов и титаномагнетитов основан на:
A. электромагнитных методах
B. Гравитационных методах
C. Окислительных методах
D. Методах хлорирующего прокаливания
E. Ответы A, B
37. Карнотитные руды – это:
A. K2(UO2)2(VO4)2*3H2O
B. Pb5(VO4)3Cl
C. V2S5
D. Ca(UO2)2(VO4)2*8H2O
E. Нет правильного ответа
38. Закончить уравнение реакции Pb5(VO4)3Cl + HCl (конц) →
A. 6VOCl2+10PbCl2
B. 10PbCl2+18H2O
C. Pb5Cl+10PbCl2+18H2O
D. 6VOCl3+10PbCl2+18H2O
E. нет правильного ответа
39. Процесс Ван-Аркеля – де Бура – это:
A. металлотермическое восстановление пятиокиси ванадия
B. термическая диссоциация йодида ванадия
C. восстановление хлоридов водородом, натрием или магнием
D. электролиз смеси Al2Br6*KBr
E. восстановление оксидов ванадия сплавами редкоземельных металлов
40. Феррованадий – это сплав
A. железо-ванадий-алюминий
B. железо-ванадий
C. железо-ванадий-медь
D. железо-ванадий-титан
E. железо-ванадий-цирконий
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 39 из 40
УМКД 042-18-10.1.34/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 40 из 40