Физико-химические свойства водных растворов азотной кислоты

Содержание

Введение

Физико-химические свойства водных растворов азотной кислоты

Заключение

Литература

Введение

Тема реферата «Физико-химические свойства водных растворов азотной кислоты».

Цель написания реферата - ознакомиться с физико-химическими свойствами водных растворов азотной кислоты.

Физико-химические свойства водных растворов азотной кислоты

Рис. 1 - Диаграмма кристаллизации бинарной системы HNO3 - Н20

Диаграмма кристаллизации бинарной системы HNO3 - Н20, представленная на рис. 1, указывает на существование тригидрата HNO3 * 3 Н20 (53,8% HNO3) с температурой кристаллизации -18°С и моногидрата HN03 * Н20 (77,8% HNO3) с температурой кристаллизации -38°С [5]. Довольно убедительно обосновано существование полугидрата HNO3 * 0,5 Н20 (87,5% HNO3) и четверть гидрата HNO3 * 0,25 Н20 (92,5% HNO3).

На кривой кристаллизации бинарной системы HN03 - Н20 имеются три эвтектические точки: при -66,3°С (89,95% HN03), при -42°С (70,5% HN03) и при -43°С (32,7% HN03).

Температура кипения водных растворов азотной кислоты (рис. 2) при увеличении концентрации HN03 повышается, достигая максимального значения, равного 121,9°С при 68,4% HNO3 (Р=0,1МПа), затем снова понижается.

Рис. 2 - Зависимость температуры кипения водных растворов азотной кислоты от содержания HNO, при различных давлениях

Раствор, содержащий 68,4% HN03, является азеотропным, так как паровая фаза имеет такой же состав, как и жидкая фаза.

Давление паров над водными растворами азотной кислоты с повышением концентрации HN03 уменьшается, достигая минимума при содержании 68,4% HN03, а затем снова повышается (рис. 3).

Парциальное давление паров HN03 и Н20 в зависимости от температуры и состава жидкой фазы представлено на рис. 4.

В табл. 1 и на рис. 5 и 6 представлены зависимости температур кипения и массового состава паровой фазы от массового содержания жидкой фазы бинарной системы HN03 - Н20 [10].

Таблица 1 - Влияние состава жидкой фазы бинарной системы HN03 - Н20 на температуру кипения и состав паровой фазы при атмосферном давлении

Как следует из данных табл. 1 и приведенных на рис. 5 и 6 при кипении раствора, содержащего менее 68,4% HN03, в паровой фазе будет находиться больше паров воды и меньше паров азотной кислоты. Если концентрация азотной кислоты в растворе выше 68,4%, то при кипении в паровой фазе будет больше паров азотной кислоты, чем воды. Таким образом, при ректификации азотной кислоты выше азеотропного состава в дистилляте будет получено концентрированная HN03, а кубовом отходе 68,4%-ная HN03.

Рис. 5 - Зависимость температуры кипения и массового содержания HNO3 в паровой фазе от массового содержания HNO3 в жидкой фазе при атмосферном давлении

Рис. 6 - Зависимость состава паровой фазы от состава жидкой фазы в системе HN03 - Н20 при атмосферном давлении

Изменение давления при ректификации водного раствора азотной кислоты практически не влияет на соотношение составов паровой и жидкой фаз. Из табл. 2 видно, что при повышении давления от 15,0 до 101,3 кПа состав азеотропной смеси изменяется от 66,8% до 68,4% HNO3.

Таблица 2 - Влияние давления на температуру кипения и состав азеотропной смеси HNO3 - Н20

Физико-химические свойства системы HN03 - Н20, которые могут быть использованы при инженерных расчетах или в научной практике, приведены на рис. 7 -11 и в табл. 3- 4.

Теплоты разбавления азотной кислоты различной концентрации (0-100% HN03) представлены на рис.7.

Различают интегральную и дифференциальную теплоты растворения.

Интегральная теплота растворения - количество тепла, выделенное при растворении 1 кг-моль вещества в n кг-моль растворителя, с образованием раствора с молярным содержанием вещества X = 1/1+n. Выражают интегральную теплоту растворения в ккал/кг раствора.

Дифференциальная теплота растворения - количество тепла, выделяющегося при растворении 1 кг-моль вещества в бесконечно большом количестве раствора состава X = 1/1+n. Выражают дифференциальную теплоту растворения в ккал/кг растворенного вещества (или на моль-вещества).

Рис. 7 - Зависимость теплоты разбавления азотной кислоты водой от массового содержания HN03в растворе после разбавления

Теплоту растворения HNO3 в воде определяют по формуле:

Q = (1.17)

где Q - теплота растворения HN03 в воде, кал/моль;

m - число молей HN03 подлежащих растворению в воде, г/моль;

n - число молей Н20, приходящих на 1 г/моль HN03, г/моль.

Изменение теплоемкости водных растворов азотной кислоты в зависимости от концентрации HN03 показано на рис. 8 [15], из которого видно, что при повышении температуры и снижении содержания HNO3 в растворе происходит закономерное увеличение теплоемкости.

Рис. 8 - Зависимость теплоемкости от массового содержания азотной кислоты в системе HN03 - Н20 при различных температурах (°С): 1-2,53; 2-21,07; 3-39,49:4-61,11.

На рис. 9 представлена зависимость удельной электропроводности водных растворов азотной кислоты от массового содержания HN03 и температуры [16,17]. Максимальной электропроводностью обладают водные растворы азотной кислоты, содержащие 30-42% HN03. За пределами этих концентраций электропроводность растворов уменьшается. Закономерным является повышение электропроводности растворов HN03 - Н20 в зависимости от роста температуры.

Из табл. 3 видно, что повышение концентрации HN03 и снижение температуры приводит к увеличению плотности водных растворов азотной кислоты [2, 13].

Таблица 3 - Влияние концентрации HN03 и температуры на плотность (кг/м3) водных растворов азотной кислоты

Страницы: 1, 2