Расчет равновесия в системе Н20-CaSO4 (вода и гипс). Система CaSO4 H2O – H2O, открыта к гипсу

Работа добавлена: 2018-07-06






13. Расчет равновесия в системе Н20-CaSO4 (вода и гипс).Система CaSO4⋅H2O – H2O, открыта к гипсу. ЗАДАЧИ:

1. Сколько гипса (Gy) растворится в 1 литре нейтральной дистиллированной воды?

2. Как влияет образование комплекса CaSO40 ?

3. Как влияет ионная сила раствора?

Реакция растворения гипса:2++SO42-+2H2O.

Уравнение электронейтральности: 2mCa2+=2mSO42-

Закон действия масс: .

ШАГ 1. БЕЗ УЧЕТА КОМПЛЕКСА И КОЭФФИЦИЕНТОВ АКТИВНОСТИ

Пренебрегаем различием активности и моляльности. Раствор разбавленный, значит активность воды около 1. Активность собственно гипса, как чистого вещества так же принимается равной 1. Тогда . Заменяем концентрацию сульфата концентрацией кальция, и получаем . При 25 °C и 1 бар pLGy = 4,61 или 10-4,61 = 2,45⋅10-5. Откуда mCa = 0,005моль/кгH2O. Т.к. концентрация кальция в молях, то столько же растворилось гипса и столько же в растворе сульфата кальция. Мольные веса (по табл. алкаша-Менделеева) M(Gy) = M(Ca) + M(SO4) + 2M(H2O) = 40 + 96 + 2⋅18 = 172 г/моль, M(CaSO4) = 40 + 96 = 136 г/моль. Следовательно, растворится 0,005*172 = 0,86 г гипса на 1 кг воды, а в растворе будет 0,005*136 = 0,68 г/1 кгH2O CaSO4.

ШАГ 2. УЧЕТ КОМПЛЕКСА, КОЭФФИЦИЕНТЫ АКТИВНОСТИ РАВНЫ ЕДИНИЦЕ

Однако в растворе присутствуют комплексы CaSO40, CaOH+, HSO4. Оценим, сколько в растворе главного комплекса CaSO40 с pK = 2,312. CaSO40=Ca2++SO42-, KCaSO40=(mCa*mSO4)/mCaSO40. В равновесном с минералом растворе произведение моляльностей кальция и сульфата равно произведению растворимости гипса, тогда:KCaSO40=LGy/mCaSO40mCaSO40=LGy/KCaSO40=10-4,61/10-2,31=10-2,3=0,005 моль/кгН2О. Значит количества комплекса соизмеримо с количеством свободных ионов в мольном выражении. На основании сделанных расчетов в растворе, кроме 1 кг H2O, содержится 0,005 моль Сa2+, 0,005 моль SO42– и 0,005 моль комплекса CaSO40. Пока что концентрации основных ингредиентов одинаковы. Количество сульфата кальция в растворе 0,01 моль, т.к. концентрация ионизированного сульфата кальция равна концентрации иона кальция или иона сульфата. В граммах 0,005*(40 + 96 + 136) = 1,36 г/кгH2O CaSO4. Справочное значение при тех же условиях 2,075 г/кгH2O или 0,0152 моль/кгH2O. Полученное значение 1,36 г/ кгH2O меньше на 35 %.

ШАГ 3. УЧЕТ ИОННОЙ СИЛЫ РАСТВОРА

Учтем ионную силу раствора:I=0,5(22mCa+22mSO4)=4mCa=4*0,005=0,02 моль/кгH2O. Здесь использовано уравнение электронейтральности, показывающее, что концентрация иона сульфата равна концентрации иона кальция. Воспользуемся формулой Дебая–Хюккеля (2е приближение):

тогда, принимая ионные размеры одинаковыми,

γ=10-0,244=0,57. А при использовании только первого приближения коэффициент активности γ = 0,514.

Теперь можно скорректировать вычисления:

Отсюда: mCa=√LGy/γ=0,005/0,57=0,0088моль.Для комплекса, полагая его коэффициент активности равным 1, концентрация не изменится. Теперь сумма растворенного сульфата кальция 0,0088 + 0,005 = 0,0138 моль/кгH2O или 0,0138*136 = 1,88 г/кгH2O. Ошибка (2,075H1,88)/2,075*100 = 9,4 % против 35 % без учета активности. А доля комплекса составила 0,005/0,0138 = 36 % против половины. Проделав еще несколько итераций можно получить справочную величину. Таким образом:

1. Учет образования только одного комплекса CaSO40 дал на треть большую расчетную растворимость гипса.

2. Учет ионной силы раствора и активности дал так же существенное повышение расчетной растворимости.




Возможно эти работы будут Вам интересны.

1. Расчет быстроходной ступени. Расчет на прочность валов и определение опорных реакций 17

2. тема метода сил. Статически неопределимая система это система определение усилий в которой

3. тема сил  Пространственная система сходящихся сил Система сил ли.

4. Вода предпочтительное средство для тушения горящей одежды.

5. . Вода - наиболее распространенное и доступное средство тушения.

6.  Вопрос №3.Каменная кладка.Система перевязки швов.Система перевязки швов:-однорядная(цепная для кирпичных столбов и загружения простенков)-

7. вода в масле; подсырное масло полуфабрикат маслодельной промышленности вырабатывае

8. Явления процессы возникающие в газах при отклонении их от равновесия называются явлениями переноса.

9. Экология. - наука, изучающая закономерности взаимодействия живого с внешними условиями его обитания с целью поддежания динам равновесия системы общество-природа

10. ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ И ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ. КОНДЕНСИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ 4.1 Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Критическая точка.