Какой объем сероуглерода потребуется для выделения 90,0% брома из 5 литрового водного раствора с помощью однократного экстрагирования, если коэффициент распределения брома между водой и сероуглеродом при 20 °C равен 0,0125?
Пошаговый ответ:
Экстрагирование — это процесс извлечения определенного компонента из смеси с помощью вещества, называемого экстрагентом. В данном случае экстрагентом является сероуглерод.
Формула расчета объема экстрагента выглядит следующим образом:
Vэ = (Cисх * Vисх) / KR,
где Vэ — объем экстрагента (сероуглерода),
Cисх — исходная концентрация брома в водном растворе,
Vисх — объем водного раствора,
KR — коэффициент распределения брома между водой и сероуглеродом.
Для начала нужно найти объем сероуглерода, который требуется для выделения 90,0% брома. Для этого необходимо узнать, какая массовая доля брома останется в водной фазе после экстрагирования.
Массовая доля брома, оставшаяся в водной фазе после экстрагирования (Wоб), связана с коэффициентом распределения по следующей формуле:
Wоб = (1 — Рэ) / (1 + (KR — 1) * Рэ),
где Рэ — извлечение брома, равное 1 — 0,90 = 0,10.
Теперь рассчитаем массовую долю брома, которая перейдет в сероуглеродную фазу. Это можно сделать, используя соотношение между массовыми долями брома в водной и сероуглеродной фазах:
(Wбром)_сероуглерод = KR * (Wбром)_вода.
Таким образом, массовая доля брома в сероуглероде (Wбром)_сероуглерод будет равна:
(Wбром)_сероуглерод = KR * ((1 — Рэ) / (1 + (KR — 1) * Рэ)).
Теперь можно рассчитать массу брома в сероуглероде (mбром_сероуглерод), используя массу брома в исходном растворе, которая равна (mбром)_исх = Cисх * Vисх.
mбром_сероуглерод = (Wбром)_сероуглерод * (mбром)_исх.
Итак, теперь мы знаем массу брома, которая перейдет в сероуглеродную фазу. Чтобы найти объем сероуглерода (Vсероуглерод), нужно разделить массу брома в сероуглероде на его плотность (pсероуглерод):
Vсероуглерод = mбром_сероуглерод / pсероуглерод.
Плотность сероуглерода можно найти в справочнике по химии и она обычно составляет около 1,25 г/см³.
Таким образом, для решения задачи необходимо:
1. Найти Рэ = 0,10 (извлечение брома)
2. Подставить Рэ и KR = 0,0125 в формулу для расчета массовой доли брома в сероуглероде (Wбром)_сероуглерод
3. Расчитать массу брома в сероуглероде (mбром_сероуглерод) через исходную массу брома в растворе (mбром)_исх
4. Найти объем сероуглерода (Vсероуглерод) через массу брома в сероуглероде (mбром_сероуглерод) и плотность сероуглерода (pсероуглерод).
Например, если мы знаем, что начальная концентрация брома в растворе (Cисх) составляет 0,1 г/л, объем водного раствора (Vисх) — 5 литров, и плотность сероуглерода (pсероуглерод) равна 1,25 г/см³, то можно выполнять расчеты, используя описанные формулы и шаги.