Физико-химические свойства водных растворов азотной кислоты

Зависимость температуры кипения водных растворов азотной кислоты от содержания HNO. Влияние состава жидкой фазы бинарной системы на температуру кипения при давлении. Влияние температуры на поверхностное натяжение водных растворов азотной кислоты.
Краткое сожержание материала:

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

Температура	Массовое содержание HN03%	Температура	Массовое содержание HN03%
кипения, °С	В жидкости	В парах	кипения, °С	В жидкости	В парах
100,0	0	0	120,05	68,4	68,4
104,0	18,5	1,25	116,1	76,8	90,4
107,0	31,8	5,06	113,4	79,1	93,7
111,8	42,5	13,4	110,8	81,0	95,3
114,8	50,4	25,6	96,1	90,0	99,2
117,5	57,3	40,0	88,4	94,0	99,9
119,9	67,6	67,0	83,4	100,0	100,0

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% HNO_3.

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

Давление, кПа	15,0	48,0	98,0	101,3
Температура, °С	74,2	89,9	120,5	121,7
Массовое содержание HN03, %	66,80	67,15	68,0	68,4

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 ра...