Лабораторная работа №9 Определение модуля и концентрации раствора силиката

Для нанесения экранов ЭЛТ в технологии кинескопов черно-белого телевидения методом осаждения из суспензии в производстве в качестве исходного используют раствор силиката калия с концентрацией 10-25%. Такой раствор длительное время может сохранять необходимые для нанесения экранов свойства: он достаточно устойчив к внешним воздействиям, мало меняет степень полимеризации, то есть медленнее "стареет", удобен при дозировке. Он может быть получен различными путями - растворением кремниевой кислоты или безводной двуокиси кремния в растворе едкого калия, растворением SiO₂ в растворе K₂SiO₃ или растворением твердого силиката-глыбы необходимого модуля в воде.

Модуль m по величине соответствует отношению числа грамм-молей SiO₂ к числу грамм-молей K₂O и, таким образом, показывает сколько грамм-молей SiO₂ приходится на один грамм-моль K₂O в данном образце силиката калия: K₂O·mSiO₂.

В производстве, кроме указанной величины, часто пользуются весовым модулем m_вес, который равен отношению количества граммов SiO₂ к количеству граммов КОН, содержащихся в 1 л раствора.

Соотношение между m и m_вес постоянно и может быть вычислено:

Но 1 грамм-моль K₂O эквивалентен 2 грамм-молям КОН, поэтому

Значение концентрации и величины модуля раствора силиката в производстве экранов ЭЛТ исключительно велико, и поэтому растворы силиката в процессе их приготовления и корректировки подвергают анализу. Последний может быть осуществлен как путем прямого аналитического определения содержания К₂О и SiO₂, так и упрощенными методами.

При полном химическом анализе силиката (метод "А") содержание К₂О определяется путем титрования щелочи, образующейся при гидролизе силиката, раствором кислоты:

K₂O·mSiO₂ + 2H₂O ® 2KOH + K₂SiO₃·(m-1)·SiO₂.

Для определения количества SiO₂ используют ряд химических методов, например, метод удаления Si в виде летучего SiF₄, однако в этом случае необходимо применять платиновую посуду, и поэтому более удобен метод титрования.

Количество двуокиси кремния в растворе определяется по убыли (добавленного в избытке) раствора соляной кислоты в процессе образования малорастворимого кремнефтористого калия (в присутствии фторид-иона):

H₂SiО₃ + 4НС1 + 6 KF ® K₂SiF₆ + 4 KC1 + 3 Н₂O.

При этом избыток введенного раствора НС1 оттитровывается щелочью. Для упрощенных методов определения концентрации и модуля раствора силиката титруется только едкая щелочь, а для установления содержания SiO₂ либо определяют количество твердого вещества в растворе (метод "Б"), либо по плотности раствора оценивают модуль (метод "В") при определенном содержании в растворе K₂O или КОН.

Необходимая посуда и принадлежности

1. Промывалка.

2. Мерная колба на 250 мл.

3. Калиброванная пипетка на 10 и 5 мл.

4. Пипетка на 25 мл.

5. Коническая колба на 250-300 мл.

6. Стакан полиэтиленовый.

7. Пластмассовый шпатель.

8. Фарфоровый тигель.

9. Пинцет.

10. Цилиндр на 100 мл.

11. Ареометр 1,10-1,15.

Метод "А"

Для определения едкой щелочи переносят калиброванной пипеткой 5 мл раствора силиката в коническую колбу, добавляют воды до объема 100 мл, вводят 2 капли метилоранжа и титруют 0,5Н раствором НС1 до изменения окраски.

Среднее из 3-х значений V_ср позволяет установить содержание K₂О или КОН в растворе силиката.

=47,10; =56,12.

Примечание: во избежание засиликачивания пипетки, побывавшей в концентрированном растворе силиката, ее необходимо немедленно! ополоснуть или опустить в стакан с водой.

При определении двуокиси кремния в растворе силиката 2,5 мл его переносят в мерную колбу на 250 мл, доводят до метки водой и тщательно перемешивают. Отбирают пипеткой 25 мл этого раствора в полиэтиленовый стакан, прибавляют 2 капли метилоранжа, осторожно нейтрализуют 0,5 н НС1 и возвращают желтую окраску раствора прибавлением 1-2 капель 0,1 н раствора КОН.

Далее в раствор прибавляют при непрерывном помешивании пластмассовым шпателем 10 мл 0,5 н раствора НС1, около 0,5 г KF или BaF и 10 г КС1 (последний вводится для более быстрого и полного связывания выделяющейся HF). По прошествии 10-15 минут, в течение которых раствор регулярно помешивают, в стакан добавляют 8 капель фенолового красного и титруют 0,1 н раствором КОН до устойчивой, не исчезающей в течение одной минуты окраски. Для расчета в среднее из 3-х титрований следует внести поправку на "холостой" опыт; заменив анализируемый раствор аналогичным количеством воды.

По полученным данным рассчитывают молярный и весовой модуль раствора силиката, а по измеренной плотности раствора - его процентную концентрацию.

Метод "Б"

Для определения содержания сухого вещества в растворе силиката в прогретый при 150-200°С, остуженный в эксикаторе и взвешенный на аналитических весах (вес g₁) фарфоровый тигель вносят 5 мл концентрированного раствора силиката калия. Аккуратно на песчаной бане или асбестовой сетке, помещенной на электроплитку, выпаривают содержимое досуха и прокаливают при температуре 400 -500°С.

Охлажденный в эксикаторе тигель вновь взвешивают (вес g₂) и по разности находят общее содержание силиката в растворе:

По данным проведенного ранее титрования щелочи (метод "А") вычисляют содержание в растворе двуокиси кремния:

Далее рассчитывают модуль молярный, модуль весовой, а по плотности раствора - процентную концентрацию.

Метод "В"

Третий метод является экспрессным и позволяет оценить модуль раствора силиката лишь приблизительно. По данным анализа на содержание щелочи, полученным по методу "А", рассчитывают количество воды, необходимое для разбавления исходного раствора так, чтобы содержание КОН снизилось до 70 г/л.

Расчет выполнить, пренебрегая изменением плотности раствора (расчет показать преподавателю). Если теперь измерить ареометром плотность полученного раствора, содержащего 70 г/л КОН, то по имеющемуся в лаборатории графику можно установить модуль исходного раствора.

В отчет по работе вносятся основные положения по анализу силиката, а также все полученные расчетные величины. Последние служат для подготовки исходных данных при проведении следующей лабораторной работы по нанесению экрана ЭЛТ.

Дата добавления: 2014-12-23