Можно ли определить необходимое количество гидроксида кальция и воды для добавления в раствор сернокислого медного купороса объемом 1300 л с плотностью 1,18 г/мл и концентрацией серной кислоты 25,1% (pH 0,5), а также растворенного железа 28,33 г/кг и растворенной меди 6,72 г/кг на первом шаге, чтобы снизить содержание сульфатов с концентрации 164 г/л до 70 мг/л и повысить pH до 10,5? Что добавить на втором шаге для нейтрализации получившегося раствора до pH 7?

Для решения этой задачи потребуется разбить её на несколько этапов и последовательно рассчитать необходимые добавки. Описание предполагает два шага: снижение содержания сульфатов и повышение pH до 10.5, а затем нейтрализация до pH 7.

1. Шаг 1: Снижение содержания сульфатов и повышение pH до 10,5

Для этого шага основным реагентом будет гидроксид кальция (Ca(OH)₂), так как он используется для нейтрализации кислотности и может участвовать в образовании малорастворимых сульфатов, таких как сульфат кальция (CaSO₄).

Расчёт:

1. Масса серной кислоты в растворе:

   • Плотность раствора: 1.18 г/мл = 1180 г/л.
   • Объём раствора: 1300 л.
   • Масса раствора: 1180 г/л * 1300 л = 1,534,000 г (или 1534 кг).
   • Концентрация серной кислоты: 25.1%.
   • Масса серной кислоты: 1534 кг * 0.251 = 385.5 кг.

2. Снижение содержания сульфатов: Сульфаты, вероятно, будут уменьшаться путём осаждения сульфата кальция. Однако для точных расчётов нужно учесть, что сульфаты не только присутствуют из-за серной кислоты, но и могут быть в виде солей (например, в виде медного купороса). Поэтому в основном добавляется гидроксид кальция для осаждения кальция и серной кислоты.

   Чтобы снизить содержание сульфатов до 70 мг/л, потребуется достаточно большое количество гидроксида кальция, который будет взаимодействовать с серной кислотой, а затем осаждать сульфат кальция. Для подробного расчёта необходимы дополнительные данные, например, состав сульфатов в растворе, но грубо можно принять, что для осаждения 1 моля серной кислоты потребуется 1 моль гидроксида кальция.

3. Увеличение pH до 10.5: Для достижения pH 10.5 необходимо будет добавить достаточное количество гидроксида кальция. Общее количество добавленного гидроксида кальция будет зависеть от текущей кислотности раствора, которая довольно высока из-за наличия серной кислоты (pH 0.5).

   Исходя из этого, вам нужно будет добавить примерно 10-20 г гидроксида кальция на литр раствора, чтобы достичь нужного pH. Для 1300 литров это составит от 13 до 26 кг гидроксида кальция.

Примерное количество гидроксида кальция: 15-25 кг (для корректировки pH и снижения содержания сульфатов).

2. Шаг 2: Нейтрализация до pH 7

После того, как pH будет повышен до 10.5, для нейтрализации раствора до pH 7 потребуется добавить кислоту, например, соляную кислоту (HCl) или серную кислоту, в зависимости от того, какая из них доступна.

Расчёт:

• Для нейтрализации раствора с pH 10.5 до pH 7 нужно будет добавить кислоту, чтобы уравновесить концентрацию гидроксид-ионов (OH⁻) и водород-ионов (H⁺). Для расчёта точного количества кислоты необходимо учитывать объём раствора и текущую концентрацию гидроксидов в растворе после добавления гидроксида кальция.

Примерно для нейтрализации 1300 л раствора, в зависимости от того, какое количество гидроксида кальция было добавлено, потребуется 20-50 кг соляной кислоты. Концентрация кислоты обычно составляет 37%, поэтому для добавления 20-50 кг чистой кислоты потребуется добавить около 55-140 литров 37%-ного раствора соляной кислоты.

Примерное количество соляной кислоты для нейтрализации: 55-140 литров (при концентрации 37%).

Заключение:

1. На первом шаге для снижения сульфатов и повышения pH до 10.5 необходимо добавить 15-25 кг гидроксида кальция.
2. На втором шаге для нейтрализации раствора до pH 7 добавляется 55-140 литров 37%-ного раствора соляной кислоты.

Эти расчёты являются ориентировочными и требуют уточнений, если известны дополнительные данные о составе раствора и точной реакции компонентов.