Можно ли определить общее содержание сульфатов в растворе сернокислого медного купороса с pH 0,22, объемом 1300 л, плотностью 1,18 г/мл, с концентрацией кислоты 25,1% и первоначальным содержанием сульфатов железа с концентрацией 164 г/л после добавления 145,1 кг гидроксида кальция? И какой объем воды необходимо добавить, чтобы достичь концентрации сульфатов 70 мг/л?

Для решения этой задачи, давайте шаг за шагом разберемся, как рассчитать содержание сульфатов в растворе и объем воды, который нужно добавить.

Данные:

1. Объем раствора: 1300 л
2. Плотность раствора: 1,18 г/мл (или 1180 г/л)
3. Концентрация кислоты (H₂SO₄): 25,1%
4. pH раствора: 0,22
5. Содержание сульфатов железа (FeSO₄): 164 г/л
6. Масса добавленного гидроксида кальция (Ca(OH)₂): 145,1 кг
7. Необходимая концентрация сульфатов в растворе: 70 мг/л

Шаг 1: Определение общей массы раствора

Так как плотность раствора составляет 1,18 г/мл, это означает, что в 1 литре раствора масса будет равна 1180 г. Для объема 1300 л масса раствора будет:

Это масса всего раствора в граммах.

Шаг 2: Определение массы кислоты в растворе

Концентрация кислоты в растворе составляет 25,1%, что означает, что на 100 г раствора приходится 25,1 г серной кислоты (H₂SO₄). Для 1,534,000 г раствора масса кислоты будет:

Шаг 3: Рассчет массы сульфатов железа

Содержание сульфатов железа в растворе составляет 164 г/л. Для объема 1300 л масса сульфатов железа будет:

Шаг 4: Добавление гидроксида кальция

Гидроксид кальция Ca(OH)₂ вступает в реакцию с серной кислотой, образуя сульфат кальция (CaSO₄) и воду. Однако также может происходить осаждение сульфатов железа (FeSO₄), которые в результате реакции с гидроксидом кальция будут переходить в осадок. Рассчитаем, сколько гидроксида кальция добавляется в раствор:

Молекулярная масса гидроксида кальция (Ca(OH)₂) составляет 74 г/моль. Реакция нейтрализации серной кислоты выглядит следующим образом:

Таким образом, 1 моль гидроксида кальция нейтрализует 1 моль серной кислоты. Рассчитаем, сколько молей гидроксида кальция добавлено:

Поскольку на каждый моль гидроксида кальция требуется 1 моль серной кислоты, добавление гидроксида кальция будет способствовать нейтрализации эквивалентного количества кислоты.

Шаг 5: Образование сульфатов кальция

Из реакции между гидроксидом кальция и серной кислотой образуется сульфат кальция (CaSO₄). Но важно учитывать, что сульфаты железа, находящиеся в растворе, также могут взаимодействовать с гидроксидом кальция и выпадать в осадок как сульфат железа (FeSO₄). Так как сульфаты железа уже присутствуют в растворе, они тоже будут снижать общее количество сульфатов в растворе.

Шаг 6: Содержание сульфатов после осаждения

После добавления гидроксида кальция содержание сульфатов в растворе изменится. Образующиеся сульфаты кальция и сульфаты железа будут уменьшать количество сульфатов в растворе. Поскольку точное количество осажденных сульфатов зависит от множества факторов, таких как растворимость сульфатов кальция и железа, предположим, что осаждается 50% сульфатов железа.

Итак, после осаждения 50% сульфатов железа, в растворе останется 106,6 кг сульфатов железа.

Шаг 7: Определение необходимого объема воды

Чтобы снизить концентрацию сульфатов до 70 мг/л, необходимо добавить воду. Для этого нужно узнать, сколько сульфатов останется в растворе после осаждения и сколько воды нужно для разведения.

Общее количество сульфатов после осаждения составит:

Чтобы получить концентрацию 70 мг/л (или 0,07 г/л), рассчитаем необходимый объем раствора:

Итак, необходимый объем раствора после добавления воды должен составить 1,523,000 л. Так как у нас уже есть 1300 л раствора, нужно добавить воды:

Ответ:

1. После добавления гидроксида кальция и осаждения части сульфатов железа, общее количество сульфатов в растворе будет равно 106,6 кг.
2. Для достижения концентрации сульфатов 70 мг/л необходимо добавить 1,521,700 л воды.