Какое количество гидроксида кальция необходимо добавить в раствор сернокислого медного купороса объемом 1300 л, плотностью 1,18 г/мл и концентрацией кислоты 25,1% для снижения содержания сульфатов железа с концентрацией 164 г/л до уровня 70 мг/л? Какой при этом будет уровень pH раствора и его объем?

Для решения этого вопроса нужно учитывать несколько ключевых этапов. Давайте разберем всё поэтапно.

1. Исходные данные:

   • Объем раствора сернокислого медного купороса (CuSO₄): 1300 л.
   • Плотность раствора: 1,18 г/мл.
   • Концентрация кислоты (SO₄²⁻): 25,1%.
   • Концентрация сульфатов железа (FeSO₄): 164 г/л.

2. Цель:

   • Снизить концентрацию сульфатов железа с 164 г/л до 70 мг/л, что эквивалентно 0,070 г/л.

3. Первоначальные вычисления:

   • Рассчитаем массу раствора: Плотность = масса / объем, следовательно масса = плотность * объем. Масса раствора = 1,18 г/мл * 1300 л * 1000 мл/л = 1 534 000 г = 1534 кг.

   • Теперь найдем массу сульфатов железа в растворе: Масса FeSO₄ = концентрация * объем = 164 г/л * 1300 л = 213 200 г = 213,2 кг.

   • Для того чтобы снизить концентрацию сульфатов железа до 0,070 г/л, нам нужно определить, сколько сульфатов железа должно остаться в растворе: Масса FeSO₄ после реакции = 0,070 г/л * 1300 л = 91 г.

   • Следовательно, нужно удалить 213,2 кг - 91 г = 213 109 г сульфатов железа, что эквивалентно 213,1 кг.

4. Химическая реакция:

   Чтобы удалить сульфаты железа, используем гидроксид кальция (Ca(OH)₂), который при взаимодействии с сульфатами железа образует нерастворимый осадок – гидроксид железа (Fe(OH)₂).

   Реакция:

   $$FeSO₄ + Ca(OH)₂ → Fe(OH)₂ + CaSO₄$$

   Для удаления 213,1 кг FeSO₄ необходимо точно рассчитать, сколько гидроксида кальция потребуется для реакции с этим количеством сульфата железа.

5. Расчет гидроксида кальция:

   Молекулярные массы:

   • FeSO₄: 152 г/моль
   • Ca(OH)₂: 74 г/моль

   В одном моле FeSO₄ содержится 1 моль FeSO₄, который реагирует с 1 моль Ca(OH)₂. Следовательно, на 1 моль FeSO₄ нужно 1 моль Ca(OH)₂.

   Масса FeSO₄, которую нужно нейтрализовать, составляет 213,1 кг (или 213 100 г). Рассчитаем, сколько моль FeSO₄ это соответствует:

   $$\frac{213 100 \, \text{г}}{152 \, \text{г/моль}} \approx 1402,6 \, \text{моль}.$$

   Поскольку на 1 моль FeSO₄ требуется 1 моль Ca(OH)₂, для нейтрализации 1402,6 моль FeSO₄ потребуется 1402,6 моль Ca(OH)₂.

   Масса Ca(OH)₂, необходимая для реакции:

   $$1402,6 \, \text{моль} \times 74 \, \text{г/моль} = 103 790,4 \, \text{г} = 103,8 \, \text{кг}.$$

   Итак, для снижения содержания сульфатов железа с 164 г/л до 70 мг/л необходимо добавить около 104 кг гидроксида кальция.

6. Изменение pH:

   Реакция с гидроксидом кальция сделает раствор более щелочным. Для этого нужно добавить достаточно гидроксида кальция, чтобы его остаточное количество в растворе увеличивало pH. После реакции pH обычно будет в пределах 9-11, в зависимости от точного количества добавленного Ca(OH)₂.

7. Объем раствора после реакции:

   Объем раствора изменится за счет добавления гидроксида кальция, но это изменение будет незначительным. При этом, так как масса раствора остается примерно той же (если не учитывать влияние растворенности Ca(OH)₂), можно ожидать, что объем не изменится существенно, и останется около 1300 л.

Ответ: Для снижения концентрации сульфатов железа с 164 г/л до 70 мг/л в растворе сернокислого медного купороса объемом 1300 л потребуется добавить около 104 кг гидроксида кальция. pH раствора после реакции будет в пределах 9-11, а объем раствора останется примерно 1300 л.