Квасцы, их состав, физические и химические свойства, их применение

Алюмоаммонийные квасцы получают упариванием смеси растворов сульфата алюминия и аммония:

Al₂(SO₄)₃ + (NH₄)₂SO₄ + 24H₂O → 2AlNH₄(SO₄)₂· 12H₂O↓

Особо чистые алюмоаммонийные квасцы получаются путем растворения металлического алюминия в серной кислоте с последующей нейтрализацией аммиаком и однократной или двукратной перекристаллизацией из водного раствора с центрифугированием и промывкой кристаллов водой.

Применение.

Алюмоаммонийные квасцы применяются в качестве исходного материала для получения разных сортов корунда, а также в разных областях новой техники. В медицине и косметологии. В качестве дублении кожи, а также как пищевая добавка E523.

2. Практическая часть.

2.1. Синтез алюмокалиевых квасцов

Алюмокалиевые квасцы получают, сливая растворы сернокислого алюминия и сернокислого калия.

Оборудования: весы, мерный цилиндр, фильтровальная бумага, водяная баня, воронка Бюхнера.

Реактивы: Сульфат алюминия, сульфат калия, дистиллированная вода.

Растворяем 6,6 г Al₂(SO₄)₃·18H₂O  в 15-30 мл воды и отфильтровываем. Отдельно готовим раствор 1,5-2 г K₂SO₄ в 20 мл воды. Растворы сливаем, упариваем на водяной бане до начала кристаллизации и быстро охлаждаем при перемешивании. Выпавшие кристаллы отсасываем на воронке Бюхнера, растворяем в минимальном количестве горячей воды и охлаждаем. Препарат перекристаллизовываем еще 3 раза. Если исходным сырьем является Al₂(SO₄)₃·18H₂O реактивной квалификации, перекристаллизация необязательна. Выход составляет 5,4 г.

Уравнениереакции:

K₂SO₄+ Al₂(SO₄)₃+ 24H₂O → 2KAl(SO₄)₂ ∙ 12H₂O

Рассчитаем выход квасцов.

Расчёты:            

Дано:

m (K₂SO₄) = 2 г

m (Al₂(SO₄)₃) = 6,6 г

Найти:

Выход W продукта реакции в %.

Решение:

n ( K₂SO₄) = m/Mr = 2г/174г/моль= 0,011 моль

n ( Al₂(SO₄)₃ = m/Mr = 6.6г/342.15г/моль= 0.019 ≈ 0.02 моль

Количество вещества сульфата алюминия находится в избытке, расчёт ведём по сульфату калия.

n (2KAl(SO₄)₂ ∙ 12H₂O) = 2 ∙ 0,011 моль = 0,022 моль

m_{теорет.} = (2KAl(SO₄)₂ ∙ 12H₂O) = n∙ Mr = 0,022 моль ∙ 258,20 г/моль = 5,6804 г.

W_вых.( 2KAl(SO₄)₂ ∙ 12H₂O) = m_прак∙100% /m_{теорет.} ∙ = 5,4 г∙100% / 5,6804 г = 95,06 %

Выход алюмокалиевых квасцов составил 95,06 %, что очень хорошо.

2.2. Синтез хромокалиевых квасцов.

Хромокалиевые квасцы получают восстановлением бихромата калия в кислой среде.

Оборудования: весы, мерный цилиндр, фильтровальная бумага, воронка Бюхнера, водяная баня, термометр, ледяная баня.

Реактивы: дихромат калия, этиловый спирт, серная кислота концентрированная.

К отфильтрованному раствору 10 г K₂Cr₂O₇ в 64 мл горячей воды прибавляем 7.2 мл H₂SO₄ (пл. 1,84г/мл) и ставим на ледяную баню. Далее постепенно приливаем (под тягой) около 6 мл 95%-ного этилового спирта (пл. 0,8г/мл), следя за температурой смеси, она  не должна превышать 35°С. Конец реакции определяется по темно-зеленой окраске раствора и по отсутствию вспенивания при дальнейшим добавлении спирта. Раствор упариваем при пропускании воздуха до исчезновения запаха уксусной кислоты, затем приливаем воды столько, чтобы раствор имел плотность 1,5 (при 70 °С) и оставляем для кристаллизации на 10-15 дней.

Выделившиеся кристаллические корки размалываем, отсасываем на воронке Бюхнера и осторожно сушим на воздухе, не допуская выветривания. Выход составляет 2,635 г.

Уравнениереакции:

K₂Cr₂O₇ + 2CH₃CH₂OH + 4H₂SO₄ + 17H₂O → 2KCr(SO₄)₂∙12H₂O + 3 CH₃CHO

Рассчитаем выход квасцов.

Расчёты:            

Дано:

m (K₂Cr₂O₇) = 10 г

V (H₂SO₄) = 7.2 мл (p = 1.84)

V (CH₃CH₂OH) = 6 мл (p = 0,8)

Найти:

Выход W продукта реакции в %.

Решение:

n (K₂Cr₂O₇) = m/Mr = 10 г/ 294,19 г/моль = 0,033 моль

n (CH₃CH₂OH) = m/Mr

m (CH₃CH₂OH) - ?

m (CH₃CH₂OH)  = p ∙ V = 0.8г/мл ∙ 6 мл = 4,8 г

n (CH₃CH₂OH) =  4,8 г ∙ 46г/моль = 0,1 моль

Количество вещества спирта находится в избытке, расчёт ведём по дихромату калия.

n (KCr(SO₄)₂∙12H₂O) = 2 ∙ 0,033 моль = 0,066 моль

          m_{теорет.} (KCr(SO₄)₂∙12H₂O) = n ∙ Mr = 0,066 моль ∙ 283,22 г/моль = 18.69 г

          W_вых.(KCr(SO₄)₂∙12H₂O) = m_прак.∙ 100% / m_{теорет.} = 2,635 г ∙ 100% / 18.69 г = 14,09 %

Выход хромокалиевых квасцов составил всего 14,09 %. Малый выход хромокалиевых квасцов можно объяснить тем, что при проведении реакции нужно строго соблюдать температурный режим. Температура реакционной смеси не должна превышать выше 30-35°С. Реакция должна проводиться в ледяной бане. Приготовленная мною смесь превысила допустимый диапазон температур, что способствовало малому выходу продукта.

После синтеза хромокалиевых квасцов был снят его спектр поглощения раствора. Максимум поглощения наблюдалось при длине волны 590 нм, что соответствует жёлтой части спектра и сине – фиолетовой окраски раствора.

Был посчитан коэффициент  поглощения:

lg (I₀/I) = D = E_ג ∙ ɭ ∙ C

E_ג  = D/ ɭ ∙ C = 0.11/1∙ 0.02 = 5.5

2.3. Синтез железоаммонийных квасцов.

Железоаммонийные квасцы получают охлаждением подкисленной смеси насыщенных растворов сульфатов железа и аммония.

Оборудования: весы, фарфоровая чашка, фильтровальная бумага, воронка