«Экстракционное получение фосфорной кислоты»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАТИВНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Г.И. Носова»

Химико-металлургический факультет

Кафедра ХТиФХ

Курсовая работа по ОХТ

Тема: «Экстракционное получение фосфорной кислоты»

Студент: Ощепков Б.М.,курс 3,группа МХТ-09 __________________

Руководитель: доц.,к.т.н Крылова С.А. _________________

Работа допущена к защите « » 2012г.

Работа защищена « » 2012г.
С оценкой подпись

Магнитогорск

2012
СОДЕРЖАНИЕ:

1.

1.Характеристика фосфорной кислоты

Фосфорная кислота H₃PO₄, бесцветные гигроскопические кристаллы , с плотностью 1,88 г/мл. Температура плавления 42,5^оС; ∆Н^о_обр = -1283кДж/моль. Расплывается на воздухе. Наиболее стабильное в ряду кислородосодержащих кислот фосфора. В расплавленном состоянии склонна к переохлаждению; при 15^оС образует густую маслянистую жидкость, а при - 121^оС – стеклообразную массу.
Фосфорная кислота смешивается с водой в любых соотношениях. Из высококон-центрированных растворов кристаллизуется в виде гемигидрата (полугидрата) H₃PO₄*1/2Н₂О, представляющее собой бесцветные кристаллы. Молекула безводной H₃PO₄ и её кристаллогидрата содержит тетраэдрическую группу PO₄. В безводной фосфорной кислоте образуются водородные связи типа Р-О-Н…О≡Р (рис.1), которые удерживают в виде слоев, параллельных одной из плоскостей кристалла. Водородные связи сохраняются в концентрированных (70-80%) растворах фосфорной кислоты. В разбавленных (до 40-50%) растворах отмечена более устойчивая водородная связь фосфат-анионов с молекулами воды, а не другими фосфат-анионами. В водных растворах фосфорной кис-лоты существует обмен атомами кислорода между группами РО₄ и водой.


Рис.1 Водородные связи в молеку-лярных структурах Н₃РО₄. …- водородная связь

Рис.2 Фазовая диаграмма Н₃РО₄ – Н₂О (Ж – жидкая фаза)

H₃PO₄ – сильная кислота, К₁ = 7,1*10^-3, К₂ = 6,2*10^-8, К₃ = 5,0*10^-13; значения К₁ и К₂ зависят от температуры. Диссоциация по первой ступени экзотермична, по второй и третьей – эндотермична. Фазовая диаграмма H₃PO₄ – вода приведена на рис.2, из которой видно, что максимум кривой кристаллизации находится при температуре 302,4 К и кон-центрация кислоты 91,6% , а твердая фаза – гемигидрат.

В табл.1 приведены свойства водных растворов фосфорной кислоты. Плотность 100%-ной фосфорной кислоты при 15° С состав­ляет 1,8829 г/см³.

Таблица 1 – Свойства водных растворов фосфорной кислоты

Содержание,% (масс.)		Температу­ра затверде­вания, °С	Темпера­тура кипе­ния, °С	с;, кДж/(кг*К)	ῃ, Па-с (25° С)	Удельная электрическая проводимость, Ом/м (25° С)	Давление пара, Па (25° С)
н,ро4	Р205
5	3,62	0,8	100,10	4,0737	0,0010	10,0	3129,1
10	7,24	-2,10	100,20	3,9314	0,0011	18,5	3087,7
20	14,49	-6,00	100,80	3,6467	0,0016	18,3	2986,4
30	21,73	-11,80	101,80	3,3411	0,0023	14,3	2835,7
40	28,96	-21,90	103,90	3,0271	0,0035	11,0	2553,1
50	36,22	-41,90	104,00	2,7465	0,0051	8,0	2223,8
60	43,47	-76,90	114,90	2,4995	0,0092	7,2	1737,1
70	50,72	-43,00	127,10	2,3278	0,0154	6,3	1122,6
75	54,32	-17,55	135,00	2,2692	0,0200	5,8	805,2

Рис.3 Кривые плотности (а) и вязкости (б) водных растворов фосфорной кислоты (при 20-180^оС)




Рис.4Константа диссоциации фосфорной кислоты первой (а - Н₃РО₄ ↔ Н⁺ + Н₂РО₄^-) и второй ступени (б - Н₂РО₄^-↔ Н⁺ + НРО₄^-2)

На рис. 3а приведены кривые плотности Н₃РО₄ при 15 и 80° С, а на рис. 3б — данные по изменению вязкости растворов Н₃РО₄ при 20—180° С.

В химических реакциях фосфорная кислота диссоциирует в две ступени (рис. 4):
Н₃РО₄ ↔ Н⁺ + Н₂Р0₄^-, уравнение константы Ki диссоциации:

Н₂Р0₄^-↔Н⁺ + НР0₄^2-, уравнение константы диссоциации К₂:

Фосфорная кислота при нормальных условиях малоактивна и ре­агирует только с карбонатами, гидроксидами и некоторыми металла­ми. При этом образуются одно-, двух- и трехзамещенные фосфаты. В процессе нагревания выше 80° С реагирует даже с неактивными оксидами, кремнеземом и силикатами. При повышенных температу­рах фосфорная кислота является слабым окислителем для металлов. В процессе действия на поверхность металлов раствором фосфорной кислоты, содержащей цинк или марганец, образуется защитная плен­ка. В процессе нагревания фосфорная кислота теряет воду с образо­ванием пиро- и метафосфорных кислот по схемам:
2Н₃РО₄ = Н₂О + Н₄Р₂О₇ + 71,17 кДж,
Н₄Р₂О₇ = Н₂О + 2НРОз + 100,46 кДж/моль.
Применение фосфорной кислоты
Фосфорная кислота применя­ется в основном (около 85% производимого) для получения фосфор­ных и сложных удобрений, кормовых фосфатов, синтетических мою­щих и водоумягчающих средств. В металлообрабатывающей промышленности фосфорная кислота применяется в процессе фосфатирования поверхности металлов, а в текстильной — для обработки и крашения шерсти, натуральных и синтетических волокон. В техноло­гии органических веществ фосфорную кислоту применяют в качест­ве катализатора. Фосфорную кислоту и ее производные применяют в процессе приготовления буровых суспензий при нефтедобыче, в про­изводстве стекла, в фотографии (для приготовления светочувствите­льных эмульсий), в медицине (приготовление медикаментов, получе­ние лекарственных средств, зубных цементов), в процессе обработки древесины (для придания огнестойкости). Производные фосфорной кислоты применяют также в пищевой промышленности (хлебопекар­ные порошки, приготовление плавленых сыров, в колбасном произ­водстве и сахароварении).