Синтез амоній триванадату

Зміст

Вступ……………………………………………………………………………2

1. Літературний огляд…………………………………………………………4

1.1. Визначення поняття солей. Класифікація солей………………………..4

1.2. Добування та властивості солей………………………………………….6

1.3. Амоніак…………………………………………………………………….8

1.3.1.Добування………………………………………………………………...8

1.3.2.Фізичні властивості……………………………………………………...10

1.3.3.Хімічні властивості ………………………………………………………11

1.3.4.Солі амонію……………………………………………………………....13

1.4. Методика синтезу………………………………………………………....15

1.5. Характеристика вихідних речовини для синтезу ………………………16

1. Амонію метаванадат …………………………………………………….16
2. . Оцтова кислота………………………………………………………….17

2. Експериментальна частина………………………………………………....19

2.1. Розрахунки………………………………………………………………...19

Висновки……………………………………………………………………….20

Список використаної літератури……………………………………………..21

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

Хімія — це наука, що вивчає процеси перетворення речовин, які супроводжуються зміною складу й структури, а також взаємні переходи між цими процесами та іншими формами руху матерії.

Об'єкти й методи дослідження хімії  настільки різноманітні, що окремі її розділи є, по суті, самостійними науковими дисциплінами.

Загальна хімія вивчає теоретичні уявлення та концепції, що становлять фундамент усієї системи хімічних знань.

Неорганічна хімія досліджує елементи періодичної системи та утворені ними прості й складні речовини (крім більшості сполук вуглецю).

Хімія — експериментальна наука, поряд з препаративними методами аналізу та синтезу (осадження, фільтрування, кристалізації, сублімації, перегонки тощо) вона широко використовує методи квантової механіки, термодинаміки, мікрохімічного, рентгено-структурного й фізико-хімічного аналізу, полярографію, хроматографію, спектроскопію, люмінесцентні, адсорбційні, ізотопні та інші методи.

Разом з тим, хімія на основі відомих  уже законів відкриває нові явища, правила, принципи, закони, тому є й  теоретичною наукою. Недаремно Ломоносов  відзначав, що "справжній хімік  повинен бути і теоретиком". Отже, хімія є наукою природничою, матеріалістичною, статистичною, експериментальною, теоретичною та фундаментальною.

Сучасна хімія, на відміну від класичної, не обмежується вивченням процесів на рівні взаємодії атомів та їхніх агрегатів і з використанням математичного апарату та методів квантової механіки розширює свої дослідження до з'ясування ролі електронів в утворенні хімічного зв'язку (квантова хімія)[1].

Нині досягнення хімії настільки  великі, що практично немає такої  сполуки, яку б не змогли синтезувати хіміки, знаючи її структурну формулу

Хімія в житті людей відіграє винятково важливу роль. Вона забезпечує ріст матеріальних благ, синтез нових  важливих матеріалів. Немає жодної галузі виробництва, де б не застосовувалась  хімія чи її продукція.

Розвиток хімічної промисловості  — одна з найважливіших умов технічного прогресу. Хімічна промисловість виробляє синтетичні хімічно і корозійно стійкі полімерні матеріали, кількість яких зростає щоденно. Вони використовуються у промисловості, на транспорті, в будівництві, сільському господарстві, медицині, побуті тощо. Завдяки хімії створено високоефективне штучне хімічне паливо, конструкційні матеріали, різні термостійкі матеріали, надтверді і некородуючі сплави.

З розвитком хімії, зокрема з  розробкою методів виявлення  і визначення кількісного вмісту окремих мікроелементів у тканинах живих організмів тісно пов'язаний розвиток медицини. Завдяки успіхам  хімії створюються не тільки різноманітні ліки, а й виготовляються замінники  крові, деякі штучні органи.

Не може обійтись без хімії і  сучасне сільське господарство, яке  зобов'язує агрохімічні служби підвищити  відповідальність за ефективне використання мінеральних добрив та інших засобів  хімізації сільського господарства. Відповідальні завдання висуває перед хімічною наукою проблема охорони довкілля. Це, насамперед, створення безвідходних хімічних виробництв, розробка радикальних методів хімічного аналізу та очистки стічних і промислових вод. Усе прогресивне людство надає цим питанням першочергового значення [2].

Метою моєї роботи є синтез амоній триванадату.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Літературний огляд

1. Визначення поняття солі. Класифікація солей

Солі – це  кристалічні  речовини, які можна розглядати як продукти повного чи часткового заміщення  іонів водню кислоти металом  або гідроксид-іонів основ (амфотерних гідроксидів) – кислотними залишками. Іони водню у кислотах можуть заміщуватися не тільки металом, а й групою атомів, що відіграє роль металу, наприклад: NH₄⁺,  [Cu(NH₃)₄]²⁺,   N₂H₅⁺  C₂H₅^-,   C₆H₅^-   тощо[3].

Залежно від складу розрізняють  такі типи солей: середні  або нормальні, кислі, основні, подвійні, змішані та комплексні.

Середні солі – це продукти повної нейтралізації кислот основами, наприклад:

Н₂SO₄+2NH₄OH=(NH₄)₂SO₄+2H₂O

Кислі солі – це продукти неповної нейтралізації багато основних кислот основами.

NH₄ OH + H₂SO₄ = NH₄ HSO₄ + H₂O

NaOH + H₃PO₄ = Na H₂ PO₄ + H₂O

 

Кислі солі утворюються за умови нестачі основи відносно її кількості, необхідної для повної нейтралізації  кислоти.  Цьому сприяє велика різниця  між константами ступінчастої дисоціації багато основних кислот (величина константи  дисоціації за другим та подальшими ступенями  дисоціації щоразу зменшується приблизно  у 10⁵ разів).

Основні солі можна розглядати як продукти неповної нейтралізації  багато кислотних основ кислотами.

Cu(OH)₂ + HCl = Cu(OH)Cl ↓ + H₂O

Fe(OH)₃ + H₂CO₃ = Fe(OH)CO₃ ↓ + 2H₂O

2Cu(OH)₂ + H₃CO₃ = Cu₂(OH)₂CO₃ ↓ + 2H₂O

 

Подвійні солі – продукти нейтралізації багато основної кислоти  двома різними основами. До їх складу входять два різних катіони. Кристали таких солей утворюються в  разі сумісної кристалізації двох солей  однієї кислоти.

NaKSO₄   KAl(SO₄)₂

До складу молекули змішаної солі входять катіон багато кислотної  основи і два різні кислотні залишки, наприклад:

Ca(OH)₂+ Cl₂=Ca(OCl)Cl+H₂O

Комплексні солі у своєму складі мають комплексний аніон  або катіон, наприклад   K₂[Fe(CN)₆],   Na₃[AlF₆]

Такі солі можуть одночасно  містити комплексні катіон та аніон, наприклад:

[Pt(NH₃)₄][PdCl₄]_,   [Pd((NH₃)₄][PdCl₄] [4].  

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Основні методи добування солей.

Відомо  багато методів добування солей, але найважливішими з них слід вважати такі:взаємодія основних оксидів з кислотними або амфотерними, неосновних та амфотерних оксидів з  кислотами; кислотних оксидів з  основами або амфотерними гідроксидами; oснов або амфотерних гідроксидів з кислотами; взаємодія солей з кислотами (кислотними оксидами), основами (основними оксидами);(металів з кислотами та неметалів з лугами за реакціями подвійного обміну між солями; за реакціями витіснення одного металу або неметалу з їх солей; при безпосередньому сполученні елементів при термічному розкладі одних солей можуть утворюватись інші. Приклади реакцій добування солей:

СоO+ ZnО= СоZnO₂;

ZnС1₂ + 4NaОН = Na₂ [Zn (ОН)₄] + 2NaС1;

FeО + Н₂SO₄ = FeSO₄ + Н₂O;      
Са(ОН)₂ + СO₂ = СаСO₃ + Н₂O;

ЗСu + 8НNO₃ = ЗСu (NO₃)₂ +2NO+ 4Н₂О;

Zn + 2КOН + 2Н₂O = К₂ [Zn(OН)₄] + Н₂; 
Са(ОН)₂+ НNO₃= Са(ОН)NO₃+Н₂O

Рb (NO₃)₂ + 2КІ = РbІ₂ + 2КNO₃; 
Zn (ОН) СІ + НС1 = ZnС1₂ + Н₂O;

СuSO₄ + Zn = ZnSO₄ + Сu; 
2Вi+ ЗС1₂ = 2ВіС1₃.

 

Основні хімічні властивості солей. Середні солі можуть взаємодіяти з кислотами з утворенням іншої кислоти та солі:

Са₃(РO₄)₂ + ЗН₂SO₄ = ЗСаSO₄ + 2Н₃РO₄.

 

Якщо на середні солі багатоосновної кислоти діяти однойменною кислотою, то утворюються кислі солі:

Са₃ (РO₄)₂ + Н₃РO₄ = ЗСаНРO₄;

Са₃ (РO₄)₂ + 4Н₃ РO₄ = ЗСа (Н₂РO₄)₂.

Взаємодія основних солей з кислотами зумовлює утворення середніх солей:

А1(ОН) С1₂ + НС1 = А1С1₃ + Н₂O.

У водних розчинах середні солі можуть реагувати  з лугами, утворюючи інші сіль та основу або амфотерний гідроксид:

FеSO₄ + 2КОН = Fe (ОН)₂ + К₂SO₄;

СгС1₃ + ЗNаОН = Сг (ОН)₃ + 3NaСl.

При взаємодії  розчинів кислих солей з лугами утворюються  середні солі:

К₂НРO₄ + KOH = K₃PO₄ + H₂O.

Хімічно активні метали можуть витісняти  з водних розчинів солей менш активні  метали:

СuSO₄ +Fе = FeSO₄ + Сu;

2АgNO₃ + Сu = Сu(NO₃)₂ + 2Аg.

Всі солі, крім утворених сильними кислотами  та основами, підлягають гідролізу.

Крім  простих солей (середніх, подвійних, кислих, основних) існують складні  солі, які називаються координаційними, або комплексними.[5]

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3 Амоніак

1.3.1 Добування

В лабораторних умовах амоніак добувають звичайно нагріванням суміші хлориду амонію NH₄Cl з гашеним вапном Ca(OH)₂. Процес утворення амоніаку при цьому відбувається в дві стадії: спочатку виникає амонію гідроксид, а потім він розкладається з виділенням амоніаку:

2NH₄Cl + Ca(OH)₂ = 2NH₄OH + CaCl₂

NH₄OH = NH₃↑ + H₂O

Інколи амоніак добувають нагріванням до кипіння концентрованого розчину амоніаку (амонію гідроксиду). При цьому NH₃ утворюється за реакцією, наведеною вище.

У техніці головним способом добування амоніаку є прямий синтез його з азоту і водню за реакцією:

N₂+3H₂=2NH₃

Ця реакція відбувається лише при дуже високих тисках (кілька сот атмосфер), високій температурі  і наявності каталізатора.

На сучасних заводах синтез проводять у більшості випадків при тисках 250—350 атм, а інколи навіть при 700—1000 атм. Чим більший тиск, тим більше рівновага реакції  зміщується в бік утворення NH₃, тобто в бік збільшення виходу амоніаку. Але процес при дуже високих тисках дуже дорогий і економічно невигідний. Температуру підтримують близько 400—450°С. Нижче 400°С реакція відбувається дуже повільно, а вище 450— 500°С амоніак помітно розкладається на азот і водень. Каталізатором служить губчасте залізо з домішками оксидів калію, алюмінію й інших речовин.

При цьому слід ще раз  відмітити, що не вся азотоводнева суміш перетворюється в амоніак навіть при найвищих тисках. Частина її залишається непрореагованою. Тому одержуваний амоніак відділяють від непрореагованої суміші скрапленням його під тиском, а до решти суміші додають нові порції азото-водневої суміші і знову направляють на синтез.

Значні кількості амоніаку одержують як побічний продукт при коксуванні кам'яного вугілля. У кам'яному вугіллі, як уже говорилося, міститься від 1 до 2,5% азоту. При коксуванні вугілля більша частина цього азоту виділяється у вигляді амоніаку. Його видаляють, з коксового газу пропусканням газу через воду. При цьому амоніак розчиняється і утворює так звану амоніачну воду. Цю воду нейтралізують сульфатною кислотою і одержують сульфат амонію, що використовується як азотне добриво.

До кінця минулого століття цей спосіб був єдиним промисловим  способом добування амоніаку. Лише в 20-х роках, нашого століття, коли поширився синтетичний спосіб, він втратив своє значення.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3.2 Фізичні властивості амоніаку

Амоніак — безбарвний газ з характерним різким запахом і їдким смаком. Він майже у два рази легший від повітря. При —33,35°С і звичайному тиску амоніак скраплюється в безбарвну рідину, а при —77,75°С замерзає, перетворюючись у безбарвну кристалічну масу. Його зберігають і транспортують у рідкому стані в стальних балонах під тиском 6—7 атм. У воді амоніак розчиняється дуже добре: при 0°С і звичайному тиску в 1 об'ємі води розчиняється близько 1200 об'ємів NH₃, а при 20°С — 700 об'ємів. Концентрований розчин містить 25% NH₃ і має густину 0,91 г/см³. Розчин амоніаку у воді називають аміачною водою або нашатирним спиртом. Звичайний медичний нашатирний спирт містить 10% NH₃. Різниця між нашатирним спритом та амоніачною водою полягає у тому, що у нашатирному спирті відсоток амоніаку 3-10%, а в амонічній воді від 10% і більше. При нагріванні розчину амоніак легко випаровується.