Разбавление и смешение растворов и других веществ

Количественные соотношения, устанавливающиеся при разбавлении растворов водой, смешении растворов, газов или твердых материалов различных концентраций можно найти на основании материального баланса. Для случая смешения двух растворов одного вещества этот баланс представляется в виде следующего уравнения:

GC = G₁C₁ + G₂C₂

где G – количество смешанного раствора с концентрацией С;

G₁ и G₂ – количества смешанных растворов с концентрацией С₁ и С₂.

Из уравнения материального баланса определяется любая из искомых величин, если заданы остальные. Например:

G = G₁ + G₂;

; (3.1)

Количества G₁ растворяемого вещества (при С₁=100%) и растворителя G₂ (при С₂=0), необходимое для получения раствора концентрации С (в %):

G₁=GC / 100; G₂=G[(100 – C) / 100] (3.2)

Для разбавления G₁ частей раствора с начальной концентрацией С₁ (%) до требуемой концентрации С (%), необходимо растворителя (воды) G₂ (С₂=0)

G₂ = G₁ (C₁ / C-1) (3.3)

Количество кристаллогидрата G₁, которое следует растворить в 100 частях воды для получения раствора с концентрацией, в расчете на безводное вещество, равной С %:

, (3.4)

где М и Мк – молекулярные массы безводного вещества кристаллогидрата.

Если С>100 (М/Мк), то получить раствор заданной концентрации из кристаллогидрата невозможно.

Правило «креста»

Расчеты при разбавлении и смешении двух растворов или других веществ удобно производить с помощью так называемого правила креста, наглядное представление о котором дает приводимая ниже схема:

 

В точке С пересечения прямых записывают содержание вещества в смешанном растворе (в смеси) С (в %). Содержание вещества в исходных смешиваемых растворах С₁ и С₂ (в %) указывают с левой стороны креста, причем С₁>С₂. Разница С₁-С соответствует количеству частей С₂ %-ного раствора, необходимого для смешивания с С-С₂ частями С₁ %-ного разбавляемого раствора.

При разбавлении раствора водой С₂=0.

 

Пример 1. Сколько нужно воды для разбавления 20 % раствора NaNO₃ до 10%?

Решение. Пользуясь правилом креста, получим

 

Для разбавления раствора в два раза необходимо добавлять к нему равное количество воды. (Это ясно априори и наглядно иллюстрирует применение правила креста).

При смешении двух кислот различной концентрации или кислоты с водой расчет производят аналогично. Для приготовления растворов серной кислоты с применением олеума расчет ведут также на основе материального баланса моногидрата.

 

Пример 2. В каком соотношении следует смешать кислоты, содержащие 42 и 98% Н₂SО₄, чтобы приготовить кислоту концентрацией 92.5% Н₂SО₄?

Решение. По правилу креста

98 50.5

92.5

42 5.5

Следовательно, необходимо смешать 50.5 масс. ч. 98% Н₂SО₄ и 5.5 масс. ч. 42% Н₂SО₄.

Смешение двух растворов различных веществ

;

 

,

где a и b – соответственно весовые количества раствора вещества А и раствора вещества В, необходимые для приготовления смеси;

m – концентрация раствора вещества А (вес %);

m' – процентное содержание вещества А в смеси;

с – весовое количество смеси;

n - концентрация раствора вещества В (вес %);

n' – процентное содержание вещества В в смеси;

l – процентное содержание растворителя в смеси.

 

Пример 3. Определить какой концентрации (m) и в каком весовом количестве (а) следует взять H₂SO₄, чтобы при смешении ее с 75% HNO₃ приготовить 1500кг смеси состава: 57% H₂SO₄, 30% HNO₃ и 13% Н₂О.

Решение.

1) ;

2) а=1500 – 600 = 900кг;

3)

Концентрирование раствора выпариванием растворителя:

где х – весовое количество растворителя, которое необходимо удалить выпариванием из а вес. ч. раствора с данной концентрацией m, чтобы получить раствор с требуемой концентрацией n;

а – весовое количество раствора до выпаривания растворителя;

b – весовое количество раствора после выпаривания растворителя;

m и n – концентрации раствора (в вес. %) до и после выпаривания х вес. ч. растворителя: n>m.

Смешение твердых материалов.

Расчеты при составлении смесей из двух твердых веществ, например при смешении удобрений, ничем не отличаются от расчетов смешения газов и жидкостей.

 

Пример 4. Сколько хлористого калия (92% КСl) и сильвинита (22% КСl) необходимо смешать для получения калийной удобрительной соли, содержащей 30% К₂О?

Решение. Пересчитаем предварительно концентрацию калия в удобрительной смеси, равную 30% К₂О, на процентное содержание КСl.

Из пропорции

К₂О/ К₂Сl₂ =30/х находим

Х =30[К₂Сl₂] /[ К₂О] =30 *149.2 /94.2 =47.5%

Применяя правило креста, получим:

92 (47.5–22) =25.5

 

47.5

 

22 (92 –47.5) =44.5

Таким образом, для получения требуемой смеси необходимо взять 25.5 мас.ч. 92% КСl и 44.5 мас.ч. сильвинита.

 

Основные понятия и терминология.

 

1. Труд -это целесообразная деятельность человека, направленная на видоизменение и приспособление предметов природы для удовлетворения своих жизненных потребностей.

Труд (трудовая деятельность) предусматривает наличие трех элементов-

- трудовой деятельности

- предмета труда

-средства труда

Если трудовая деятельность осуществляется на производстве, ее называют производственной деятельностью.

Производственная деятельность -совокупность действий работников с применением средств труда, необходимых для превращения ресурсов в готовую продукцию, включающих в себя производство и переработку различных видов сырья, строительство, оказание различного вида услуг. Производственная деятельность осуществляется в рабочей (производственной) зоне.

Рабочая (производственная) зона – пространство высотой до 2-х метров над уровнем пола или площадки, на которой находятся места постоянного или временного пребывания работающих (рабочие места).

Рабочее место – это часть рабочей зоны, в которой постоянно или временно находятся работающие в процессе трудовой деятельности.

Постоянным называется рабочее место, на котором работающий находится не менее половины своего рабочего времени или более 2-х часов своего рабочего времени непрерывно.

Если работа осуществляется в различных пунктах рабочей зоны, то рабочим местом считается вся рабочая зона.

Негативные факторы, возникающие в рабочей зоне,-это такие факторы, которые отрицательно действуют на человека, вызывая ухудшение состояния здоровья, заболевания или травмы.

Возникновение негативных факторов определятся таким свойством среды обитания (производственной среды), как опасность.

Опасность -это потенциальное свойство среды обитания, ее отдельных компонентов, проявляющееся в нанесении вреда объекту защиты, в качестве которого может выступать и сам источник опасности-человек. Опасность-это главное понятие в безопасности жизнедеятельности, в частности, в безопасности труда.

Центральная аксиома о потенциальной опасности жизнедеятельности- жизнедеятельность человека потенциально опасна.

Негативные производственные факторы называются опасными и вредными производственными факторами (ОВПФ).

Опасный производственный фактор (ОПФ) –воздействие которого на человека приводит к травме или летальному (смертельному) исходу. Поэтому ОПФ называют также травмирующим (травмоопасным) фактором. К ОПФ относят движущие машины и механизмы, подъемно-транспортные устройства и перемещаемые грузы, электрический ток, отлетающие частицы обрабатываемого металла и пр.

Вредный производственный фактор (ВПФ)- воздействие которого на человека приводит к ухудшению самочувствия или, при длительном воздействии, к заболеванию. Например, повышенная или температура в рабочей зоне, повышенные уровни шума, вибрации, электромагнитных излучений, радиации, загрязненность воздуха рабочей зоны пылью, вредными газами, вредными микроорганизмами, бактериями и пр.

Между опасными (травмирующими) и вредными произв-ми факторами существует определенная взаимосвязь. При высоких уровнях ВПФ они могут становиться опасными. Так, очень высокие концентрации вредных веществ могут привести к отравлению или даже к смерти. Так же- высокие уровни звука, радиации. Во многих случаях наличие в рабочей зоне ВПФ способствует появлению ОПФ. Например, повышенные влажность и температура, наличие токопроводящей пыли (вредные факторы) значительно повышают опасность поражения человека электрическим током (опасные факторы)

 

Травма -повреждение в организме человека, вызванное действием факторов внешней среды (механические, термические – ожоги, обморожения, химические, баротравмы (из-за быстрого изменения атмосферного давления), электротравмы, психические и т. д..Травмы бывают

-комбинированные ()сочетают несколько видов травм

-производственные (полученные в процессе трудовой деятельности на производстве

-бытовые (не связанные с работой – по дороге на работу и с работы, выполнение своих непоср. Обязанностей по заданию руководства)

Несчастный случай -неожиданное и незапланированное событие, сопровождающееся травмой.

Несчастный случай на производстве -случай воздействия на работающего производственного фактора при выполнении им трудовых обязанностей или задания руководителя работ.

Длительное воздействие на человека ВПФ может привести к профессиональному заболеванию.

Профессиональное заболевание -заболевание, причиной которого является воздействие на человека ВПФ в процессе трудовой деятельности (вибрации-виброболезнь, шума-тугоухость, радиации-лучевую болезнь и тд.

Безопасность -состояние деятельности, при которой с определенной достоверностью исключено проявление опасностей, а уровень риска не превышает приемлемый уровень. Это комплексная система мер защиты человека и среды его обитания от опасностей, формируемых конкретной деятельностью. Комплексную систему безопасности формируют нормативно-правовые, организационные, экономические, технические, санитарно-гигиенические и лечебно-профилактические меры.

Безопасность труда -состояние трудовой деятельности (труда), обеспечивающее приемлемый уровень ее риска. Для производственной деятельности применимо понятие производственной безопасности.

Безопасность труда обеспечивается комплексной системой мер защиты человека от опасностей, формируемых в рабочей зоне конкретным производственным процессом или

 

техническим объектом.

Нормативно-правовые меры-система законов, законодательных актов, норм, правил, регулирующих и безопасность и определяющих требования безопасности.

Организационные меры-организация рабочей зоны и рабочего места, режима труда и отдыха, продолжительности рабочего дня т. д.

Экономические меры-экономические механизмы, стимулирующие выполнение требований безопасности-материальная ответственность за их несоблюдение, материальное поощрение за организацию безопасных условий и т.д.

Технические меры -применение технических методов и средств, обеспечивающих безопасность трудовой деятельности.

Санитарно-гигиенические меры-направленные на обеспечение гигиены и санитарии.

Лечебно-профилактические меры -профилактические мед. Осмотры, лечебное и профилактическое питание, витаминизация и тд.

Охрана труда -система сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, включающая в себя правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, профилактические, реабилитационные и иные другие.

Безопасность труда обеспечивается методами и средствами производственной санитарии, гигиены труда, производственной безопасности.

Производственная санитария -система организационных мероприятий и технических средств, предотвращающих или уменьшающих воздействие на работающих ВПФ, возникающих в рабочей зоне в процессе ТД (освещение и вентиляция, микроклимат, защита от различного вида излучений).

Гигиена труда -область медицины, изучающая ТД человека и производственную среду с точки зрения их влияния на организм человека, разрабатывающая меры и гигиенические нормативы, направленные на оздоровление условий труда и предупреждение проф.заболеваний. Задачей гигиены труда является определение предельно-допустимых уровней ВПФ, классификация условий ТД, оценка тяжести и напряженности трудового процесса, рациональная организация режима труда и отдыха, рабочего места, изучение психофизиологических аспектов ТД и тд.

Производственная безопасность-система организационных мероприятий и техн. Средств, предотвращающих или уменьшающих вероятность воздействия на работающих ОПФ, возникающих в рабочей зоне в процессе ТД.

ПБ -это организационные мероприятия и тех.средства защиты от поражения эл.током, от мех. травмирования движ-ся механизмами, подъемно-транспортными ср-вами, обеспечение безопасности систем высокого давления, методы и средства обеспечения пожаровзрывобезопасности и тд.

Технические методы и средства, обеспечивающие производственную безопасность, наз-ся техникой безопасности.