Физико-химические свойства водных растворов азотной кислоты

Физико-химические свойства водных растворов азотной кислоты

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

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% HNO3.

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

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 растворов азотной кислоты [2, 13].

Таблица 3 - Влияние концентрации HN03 и температуры на плотность (кг/м3) водных растворов азотной кислоты

Кривые вязкости водных растворов азотной кислоты по данным разных авторов [16, 5, 18, 19, 20] представлены на рис. 10. При постоянной температуре вязкость водных растворов азотной кислоты возрастает с повышением концентрации HNO3, достигая максимального значения при 60-70%-ной кислоте. В интервале температур 80-100°С влияние концентрации HN03 на вязкость водных растворов азотной кислоты значительно меньше, чем при низких температурах. С ростом температуры вязкость водных растворов азотной кислоты понижается.

Рис. 9 - Зависимость удельной электропроводности водных растворов азотной кислоты от массового содержания HN03 и температуры

В табл. 4 отражена зависимость поверхностного натяжения водных растворов азотной кислоты от температуры и концентрации HN03. С ростом температуры и содержания HN03 в растворе поверхностное натяжение уменьшается.

Рис. 10 - Зависимость вязкости водных растворов азотной кислоты от массового содержания HN03 при различных температурах

Таблица 4 - Влияние температуры и концентрации HN03 на поверхностное натяжение (мН/м) водных растворов азотной кислоты

Рис. 11 - Зависимость теплопроводности водных растворов азотной кислоты от температуры при различных массовых концентрациях HNO3

Кривые теплопроводности водных растворов азотной кислоты приведены на рис. 11. По данным работы [21] теплопроводность водных растворов азотной кислоты до массовой концентрации HN03, равной 75%, с повышением температуры возрастает, а при массовой концентрации HN03 равной 75-100% -уменьшается. По данным работы [22] с повышением температуры значения теплопроводности водных растворов азотной кислоты возрастает для всех концентраций HN03.

Заключение

В процессе написания реферата мы ознакомились с физико-химическими свойствами водных растворов азотной кислоты.

Литература

1. Братков А.А., Серегин Е.П., Горенков А.Ф. и др. Химмотология ракетных и реактивных топлив. - М: Химия, 1987. - 304 с.

2. Атрощенко В.И., Каргин СИ. Технология азотной кислоты. - М.: Химия, 1970.-496 с.

3. Антипенко Г.Л., Белецкая Е.С., Крылова А.Г. // Журн. прикл. хим., 1958, т. 31, № 6, с. 859-864. т. 32 № 8. с. 1723-1725.

4. Афанасьева Г.Т., Тихонова Р.А. // Хим. пром. за рубежом, 1978, №2. с. 3-30.

5. Moson D.M., Patker J., Vango S.P. // J. Phys. Chem., 1955, Vol. 59. №6. P. 511-516.

6. Kay W.B., Stern A. // Ing. Chem., 1955, Vol. 47. № 7. P. 1463-1465.

7. Robertson G.D., Moson D.M., Corcoran W.H. // J. Phys. Chem., 1955, Vol. 59, № 8.

8. Stern S., Mullhaupt I., Kay W. //Chem. Rev. //1960, Vol. 60. № 2, P. 185-188.

9. Bump T.R. and Jet Production, 1955 Vol. 25. № 4. P. 170-172

10. Ellis., Thwaites I. // J. Appl. Chem., 1957, Vol. 7. № 4, P. 152-160.

11. Атрощенко В.И., Перлов Е.И. Номограммы в технологии азотной кислоты. - Л.: Химия, 1972, 112 с.

12. Карапетьянц М.Х., Карапетьянц М.Л. Основные термодинамические константы неорганических и органических веществ. - М.: Химия,

1968.-470 с.

13. Миниович М.А. Технический справочник по азотной кислоте. - М.: Сектор научно-технической информации ГИАП, 1961. - 383 с.

14. Чернышев А.К. и др. Основные теплофизические свойства газов и жидкостей. - Кемерово: Кемеровское книжное издательство 1971. - 225 с.

15. Landolt-Bornstein, Physikalisch-chemische Tabellen, Vol. 1. №5, 1923.

16. Чануквадзе О.П. // Журн. общ. химии, 1947. Т. 17. № 3. с. 411-415.

17. Robertson G.D., Moson D.M., Sage D.H.//lnd. Eng. Chem., 1952, Vol. 29.7. №6, P. 439-451.

18. Kuster F.W., Kremann R. //Z. Anerg. Allg. Chem., 1904, Vol. 41. № 1.

19. Brigham T.C., Stone S.S. //J. Phys. Chem., 1923. Vol. 27. P. 701-707.

20. Малькова T.B. // Журн. общ. химии, 1954, Т. 24, № 7. с. 1154-1157.

21. Варгафтик Н.Б., Осьминин Ю.П. //Теплоэнергетика, 1956. №7. с. 11-16.

22. Bump T.R.,SibbitW.L.// Ing. Eng. Chem., 1955, Vol. 60. № 1. P. 1665-1670.

23. Smith D.W., Hedberq K. Molecular Structure of Gaseous Dinitroqen Tetroxide // J. Chem. Phys.,1956, Vol. 25, № 6. P. 1282-1283.

24. Малько M.B., Михалевич А.А., Нестеренко В.Б., Синкевич А.А. Методика расчета процесса конденсации четырехокиси азота с нестехиометри-ческим составом внутри вертикальной трубы // Весці АН БССР, сер. фіз. - энерг. навук; 1980, № 2. с. 90-99.

25. Bodenstein М. Образование и разложение окислов азота // Z. Phys. Chem., 1922, Vol. 100. S. 63-72.

26. Verhock F., Daniels F. The Dissociation Constants of Nitroqen Tetroxide and of Nitroqen Trioxide//J. Am. Chem. Soc, 1931. Vol. 53. P. 1250-1263.

27. Нестеренко В.Б., Малько М.В., Нечипор Г.В., Общие физико-химические свойства четырехокиси азота. Гл. l.-Вкн.: Термодинамические и переносные свойства химически реагирующих газовых систем, ч. 2 / Под ред. А.К. Красина и В.Б. Нестеренко. - Мн., 1971 с. 8-64.

28. МалькоМ.В., Нестеренко В. Б. Кинетика и механизм химических реакций в диссоциирующем теплоносителе - четырехокиси азота. - Мн.: Наука и техника, 1974. - 208 с.

29. Малько М.В., Нестеренко В.Б., Петруненко В.В. Вычисление времени протекания реакции термического разложения N204b газовой фазе// Тезисы докладов Всесоюзного семинара «Диссоциирующие газы как теплоносители и рабочие тела энергетических установок». - Мн.: Наука и техника, 1969, с. 44-45.

30. Мишина Л.В., Нестеренко В.Б., Петруненко В.В., Федосова В.К. О вре мени химической релаксации в системах N204^ N02 и 2N02^ 2NO + 02 // Изв. АН БССР. Сер. физ. - энерг. наук, 1969, № 3, с. 86-90.

31. Нестеренко В.Б., Тверковкин Б.Е. Теплообмен в ядерных реакторах с диссоциирующим теплоносителем. - Мн.: Наука и техника, 1980. - 264 с.

32. Bibart С.Н., Ewing G.E. Vibratinal Spectrum, Torsional Potential and Bonding of Gaseous//J. Chem. Phys., 1974, Vol. 61, №4. P. 1284-1292.

33. Gray P., Yoffe A.D. The Reactivity and Structure of Nitrogen Dioxide// Chem. Rev., 1955, №6. P. 1069-1154.

34. Vegard L. Die Kristallstruktur von N204 (Antwort an die Bemerkung von S.B. Hendrics) // Z. Phys., 1931, Bd. 71, № 8, S. 299-300.

35. Reamer H.H., Sage B.H. Volumetric behavior of nitrogen dioxide in the liguid phase //Ind. Eng. Chem., 1952, Vol.44, № 1. P. 185-187.

36. Цымарный В.А. Плотность жидкой четырехокиси азота при температурах 300-500К и давлении до 600 бар. - Одесса, 1979-80 с. Деп. в ВИНИТИ, №2165-70.

37. Витюк Л .С, Головский В А., Табачников А.Г. Экспериментальное исследование термодинамических свойств четырехокиси азота в интервале температур 230-340К. - Черкассы, 1979. - 20 с. Деп. в ОНИИТЭхим, № 2264-79.

38. Табачников А.Г., Межерицкий СМ. Термодинамические свойства четырехокиси азота в интервале температур 290-480К и давлений 1-500кгс/см2. Анализ опытных данных и уравнение состояния жидкой фазы. // Весці АН БССР, сер. фіз. - энерг. навук, 1969, № 2, с. 58-63.

39. Schlinger W.G., Sage B.H. Volumetric behavior of nitrogen dioxide // Ind. Eng. Chem., 1950, Vol.42, № 10. P. 2158-2163.

40. Бубнов B.H., Гусаров B.H., Кулешов Г.Г. Экспериментальное исследование P-V-T-свойств диссоциирующей четырехокиси азота // Весці АН БССР, фіз.-энерг. навук, 1969, №3, с. 129-134.

41. Цымарный В.А. Экспериментальное исследование P-V-T-зависимости четырехокиси азота //Теплофизика высоких температур, 1967, т.5, № 3, с. 541-543.

42. Вержинская А.Б., Хасаншин Т.С. Экспериментальное исследование P-V-T-зависимости диссоциирующей четырехокиси азота в широком интервале температур и давлений. - В кн.: Диссоциирующие газы как теплоносители и рабочие тела энергетических установок. - Мн.: Наука и техника, 1970, с. 195-202.

43. Клепацкий П.М., Шанкин В.Ф. Экспериментальное исследование P-V-T-зависимости диссоциирующей четырехокиси азота при Р = 5-190 бар и Т = 340-580К// Весці АН БССР, сер. фіз. - энерг. навук, 1975, № 1, с. 68-76.

44. Richter G.H., Reamer Н.Н., Sage В.М. Viscosity of Nitrogen Dioxide in the Liquid Phase// Ind. Eng. Chem., 1953, Vol. 45, P. 2117-2119.

45. Беляева O.B., Тимофеев В.Д., Шупаев B.H. Экспериментальное исследование вязкости жидкой четырехокиси азота // Весці АН БССР, сер. фіз. -энерг. навук; 1980, № 4. с. 78-81.

46. Beer М. Warmeubertagung in dissozierenden Gasen // Chem. Ind. Techn., 1965, Vol. 37. № 10, P. 1047-1054.

47. Petker I., Mason D. Viscosity of the N204 - N02 Gas System Hi. Chem. Ind. Data, 1964, Vol. 9. № 2, P. 280-281.

48. Тимрот Д.Л., Середницкая М.А., Трактуева СА. Исследование вязкости диссоциирующей четырехокиси азота методом колеблющегося диска // ТВТ, 1969, т. 7. № 5, с. 885-892.

49. Беляева О.В., Максимов Б,Г., Нестеренко В.Б. и др. Экспериментальное исследование вязкости системы N204 5 N025 2NO + 02 в диапазоне температур 300-780К и давлений 1-50атм // В кн.: Тепло- и массоперенос. Мн., 1968, т.7, с. 447-451.

50. Беляева О.В., Тимофеев Б.Д., Ягодницын B.C. Исследование коэффициента динамической вязкости газообразной диссоциирующей четырехокиси азота // Весці АН БССР, сер. фіз. - энерг. навук; 1974, № 2. с. 65-70.

51. Максимов Б.Г., Мишина Л.В., Серебряный Г.З., Дунец В.М. Вязкость азотного тетраксида в плотном газовом состоянии // Докл. АН БССР, 1969, т. 13, №8, с. 516-518.

52. Табачников А.Г., Межерицкий СМ. Расчет вязкости стехиометрической смеси четырехокиси азота и продуктов ее разложения // В кн. Тепло- и массоперенос. Мн.,1968,т. 7, с. 188-197.

53. Беляева О.В., Тимофеев БД. Исследование вклада местных сопротивлений при определении вязкости газов методом падающего груза // Весці АН БССР, сер. фіз. - энерг. навук; 1972, № 1, с. 43-48.

54. Серебряный Г.З. Определение параметров взаимодействия химически реагирующей смеси N204 5 N02 //Диссоциирующие газы как теплоносители и рабочие тела АЭС. Тез. докладов Ш Всесоюз. конф. Мн., 1972,

с. 32.

55. Ramsay W., Schields J. The Molecular Complexity of Liquids // J. Chem. Soc, 1983, Vol.63, P. 1089-1109.

56. Scheuer O. Orthobare Dichten von N204, Kapillaritat und Viskositat // Anz. Akad. Wien., 1911, Vol. 48, P. 304-307.

57. Razouk R., Walmsley D. Surfase Tension Measurement by the Differential Maximum Bubble Pressure Method Using a Pressure Transducer // J. Colloid, and Interfase Sci., 1974, Vol. 47, № 2, P. 515-520.

58. Gray P., Yoffe A.D. The Reactivity and Structure of Nitrogen Dioxide //Chem. Rev., 1955, №6, P. 1069-1154.

59. Hopper Jack R. Physical and The Thermodynamic Properties Oxides of Nitrogen N204, NO, N02 // Chem.Eng., Vol. 81, № 16, P. 99-106.

60. Муратов Г.Н., Скрипов В.Г. Экспериментальное исследование температурной зависимости поверхностного натяжения диссоциирующей четырехокиси азота // Тез. докл. IV Всесоюзн. конф. Диссоциирующие газы как теплоносители и рабочие тела АЭС. Мн. 1975, с. 18-19.

61. Гайфуллин А.Ш., Ермоленко В.Л., Левчук Н.Ф., Трубников В.П. Поверхностное натяжение четырехокиси азота и ее смесей с азотной кислотой и окисью азота // В кн.: Диссоциирующие газы как теплоносители и рабочие тела энергетических установок. Мн., 1976, т. I.e. 109-112.

62. Муратов Г.Н. Скрипов В.Г. Экспериментальное исследование температурной зависимости поверхностного натяжения диссоциирующей четырехокиси азота // В кн.: Диссоциирующие газы как теплоносители и рабочие тела энергетических установок. Мн., 1976, чиї., с. 91-96.

63. Максимов Б.Г., Моисеенко В.В. Поверхностное натяжение диссоциирующей четырехокиси азота//Весці АН БССР, сер. фіз.-энерг. навук, 1975, №3, с. 124-129.

64. Каут В.М., Дмитриева Н.Е. Поверхностное натяжение растворов окислов азота и азотной кислоты // Сб. тр. ГИАП, А. Химия и технология азотных удобрений. М., 1971, с. 315-317.

65. Handbook of Chem. and Phys., 1955-1956, Vol. 2. - P. 1944.

66. Моисеенко В.В. К вопросу о табличных значениях поверхностного натяжения диссоциирующей четырехокиси азота на границе раздела жидкость-пар // Тез. докл. V Всесоюзн. конф. Диссоциирующие газы как теплоносители и рабочие тела АЭС. Мн., 1981, - 65 с.

67. Термодинамические и переносные свойства химически реагирующих систем / Под. ред. А.К.Красина, В.Б.Нестеренко. - Мн.: Наука и техника, 1967, ч.1.-206 с.

68. Кулешов Г.Г. Термодинамическая поверхность состояний диссоциирующего газа вблизи фазового перехода жидкость - газ: Автореф. дис. ...канд. физ.- мат. наук. - Мн., 1972. - 24 с.

69. Мс Collum. The specific heat of gaseous nitrogen tetroxide // J. Am. Chem. Soc, 1927, Vol. 49, № 2, P. 28-39.

70. Нестеренко В.Б. Тимофеев Б.Д., Ильюхин Ю.Д. Экспериментальное исследование теплоемкости равновесного диссоциирующего азотного тет-раксида // Весці АН БССР, сер. фіз. - энерг. навук, 1966, № 4, с. 123-125.

71. Симонов В.М. Экспериментальное исследование калорических свойств четырехокиси азота и дефильной смеси: Автореф. дис. ...канд. техн. наук. -М.: 1977,- 25 с.

72. Нестеренко В.Б., Ильюхин Ю.Д. Экспериментальное исследование изобарной теплоемкости диссоциирующей четырехокиси азота при закри-тических давлениях // Весці АН БССР, сер. фіз. - энерг. навук, 1972, № 3, с. 89-94.

73. Нестеренко В.Б., Ильюхин Ю.Д., Вержинская А.Б., Поведайло Г.П., Дашук А.Н. Экспериментальное исследование изобарной теплоемкости диссоциирующей четырехокиси азота при докритических давлениях

// Весці АН БССР, сер. фіз. - энерг. навук, 1972, № 4, с. 54-58.

74. Нестернко В.Б. Сирота A.M., Ильюхин Ю.Д. Экспериментальное исследование калорических свойств диссоциирующей четырехокиси азота при давлениях 50-175 кгс/см2 и температурах 140-500°С.// Теплоэнергетика, 1973, №7, с. 85-89.

75. Ильюхин Ю.Д., Дашук А.Н., Поведайло Г.П., Вержинская А.Б. и др. Экспериментальное исследование изобарной теплоемкости равновесно диссоциирующей четырехокиси азота вблизи линии насыщения в околокри тической области // Весці АН БССР, сер. фіз. - энерг. навук, 1976, № 3,

с. 104-109.

76. Дашук А.Н., Гребеньков А.Ж., Вержинская А.Б., Райко А.А., Ильюхин Ю.Д. Изобарная теплоемкость диссоциирующей четырехокиси азота. Экспериментальное исследование в газовой фазе в области давлений 0,9-5 МПа // Весці АН БССР, сер. фіз. - энерг. навук, 1981, № 3 с. 59-64.

77. Giaque W.F., Kemp J.D. The entropies of nitrogen tetroxide and nitrogen dioxide. The heay capacity from 15K to the boiling Point. The heat of vaporization and vapour pressure. The equilibria N204 5 N021; 2NO + 02 // J. Chem. Phys., 1938, Vol. 6, № 1, P. 40-51.

78. Sage B.H., Hough E.W. Calorimeter for some corrosive liquids // Analytical Chem., 1950, Vol. 22, № 10, P. 1304-1307.

79. Саримов Ю.А. Исследование энтальпии азотного тетраоксида в широкой области параметров состояния: Автореф. дис.... канд. техн. наук. -М., 1969.-24 с.