Свойства оксида свинца

Свойства оксида свинца

1. Введение

Данная работа направлена на исследование химических свойств оксида свинца и нахождении самого рационального способа получения оксида свинца (II) - PbO.

Целью курсовой работы является проведение синтеза оксида свинца (II) - PbO.

В соответствии с поставленными целями в курсовой работе решались следующие задачи:

Изучение химических и физических свойств оксидов свинца, а так же их применение;

Изучение методик получения оксида свинца (II) - PbO и техники безопасности при работе с высокими температурами;

Актуальность данной темы заключается в том, что оксиды свинца являются одними из наиболее востребованных соединений, используемых в повседневной жизни.

2. Нахождение в природе

Оксиды свинца встречаются в виде минералов: сурик, глёт, массикот, платтнерит

Сурик - относительно редкий минерал, по составу - оксид свинца с формулой Pb3O4. Цвет яркий кирпично-красный, блеск жирный или тусклый. Непрозрачен. Твёрдость 2-3, плотность 8,2. В природе находится в виде сплошных масс или же в виде вторичного минерала на галените. Месторождения в Российской Федерации: Рудный Алтай(Змеиногорск).

Глёт - относительно редкий минерал, по составу - оксид свинца с формулой PbO. Цвет желтый или разные оттенки желтого. Месторождения в в Российской Федерации: Пермский край, Кольский п-ов.

Массикот - относительно редкий минерал, по составу - оксид свинца с формулой PbO. Цвет желтый, твердость 2. Месторождения в Российской Федерации: Челябинская область, Пермский край, Свердловская область.

Платтнерит - относительно редкий минерал, по составу - оксид свинца с формулой PbO2.Цвет чёрно-фиолетовый с характерной побежалостью. Месторождения в Российской Федерации: Забайкальский край.

Соединения свинца в очень малых количествах присутствуют в организме человека, некоторых животных и растениях, а также в отдельных минеральных водах.

3. Применение оксидов свинца

Оксид PbO - амфотерное соединение, легко растворяется как в кислотах, так и в щелочах. Он широко используется в производстве стекла, т.к стекла с высоким содержанием свинца обладают большой плотностью, меньшей теплопроводимостью, высоким показателем преломления, высокой устойчивостью и плотностью. Замещение очень подвижных ионов щелочных металлов на ионы Pb приводит к увеличению электрической емкости стекла и делает ее близкой к соответствующему значению для слюды. PbO также используют для получения устойчивых глазури для керамики и эмали для стекла. Кроме того PbO в больших количествах идет на изготовление электрических аккумуляторов. Электроды аккумуляторов представляют собой инертные пластины, на которые нанесена паста PbO/H2SO4. На аноде PbO окисляется до PbO2, а на катоде - PbO восстанавливается до Pb. PbO - применяется в производстве пигментов.

Оксид Pb3O4 - свинцовый сурик. Производится ежегодно в количестве 20 тыс. т и используется в основном как покрытие для защиты чугуна и стали от коррозии. Кроме того Pb3O4 находит применение в производстве свинцового стекла и керамической глазури, а также в качестве активатора, вулканизатора и пигмента в производстве натуральных и искусственных каучуков и пластмассы.

Оксид PbO2 - сильный окислитель. Помимо того что он используется в свинцовых аккумуляторах, его получают независимо для применения в качестве окислителя в производстве химических реактивов, красок, спичек и пиротехнических изделий. PbO2 также используется в больших количествах как вулканизатор для сульфидных полимеров и в высоковольтных молниеотводах. Поскольку PbIV неустойчиво, PbO2 при обработке кислотами дает соли PbII , при это выделяется O2:

PbO2+H2SO4 нагревание PbSO4+H2O+0,5O2

. Физические свойства

PbO - образует кристаллы двух модификаций:

α-модификация, свинцовый глёт, устойчивый до температуры 489°С, красные кристаллы.

β-модификация, массикот, устойчивый при температуре выше 489°С, при комнатной температуре метастабилен, жёлтые кристаллы

Диамагнитен, обладает полупроводниковыми свойствами, тип проводимости зависит от состава.- существует как в виде аморфного коричневого порошка, так и в виде коричневато-черных тетраэдрических кристаллов (изоморфных с рутилом TiO2, касситеритом SnO2, пиролюзитом MnO2, ZrO2, ТhО2 и т. д.). Плотность их 9,36 г/см3, они трудно растворяются в воде.

Рb3O4- представляет собой либо красный порошок, либо оранжево-желтые призмы (при нагревании черно-фиолетовые) с плотностью 9,16 г/см3. Ортоплюмбат свинца ядовит. Он трудно растворяется в воде, разлагается на воздухе выше 565° с образованием РЬО и выделением кислорода (или при 5500 и давлении 150 мм)

5. Химические свойства

5.1 Химические свойства PbO

PbO + 4H2O [Pb(H2O)3]2++ 2OH- ;+ 2HCl(разб.) = PbCl2 + H2O;+ 2HNO3(разб.) = Pb(NO3)2 + H2O;

PbO + H2O(гор.) + 2NaOH(конц.)= Na2[Pb(OH)4];+ 2NaOH(конц.)= (Na2Pb)O2 + H2O; (400oC)

2РbO + CO2 + H2O = Pb2CO3(OH)2 ;

PbO + O2 = (Pb2 IIPbIV)O4; (445-480oC)

2PbO + 4CaCO3 + O2 = 2(Ca2Pb)O4(оранж.) + 2CO2; (800oC)

2PbO + Ca(ClO)2 = 2PbO2 + CaCl2; ( в разб. NaOH)+ TiO2 = (TiPb)O3(желт.); [выше 400oC]+ H2 = Pb + H2O; (200-350oC)+ CO = Pb + CO2; (300-400oC)

PbO + MCN = Pb + MOCN; (400-500oC; M = Na, K)

PbO + H2O + C(NH2)2O = PbCO3 + 2NH3 ; ( 1800C, p, в разб. CH3COOH)+ 3H2O + 2NaOH = H2(катод) + Na2[Pb(OH)4]. (электролиз)

.2 Химические свойства PbO2

PbO2 = (Pb2IIPbIV)O4 + 2PbO; (290-420oC)

2PbO2 = 2PbO + O2; (600oC)(т.) + 2H2O PbIV + 4OH-;

PbO2 + 10HCl(гор.) = H2[PbCl6] + PbCl4 + 4H2O; (0oC)+ 4HCl(гор., конц.) = PbCl2 + Cl2 + 2H2O;

PbO2 + H2SO4(хол., конц.) = Pb(SO4)2 + 2H2O

PbO2 + 2H2SO4(гор., конц.) = 2Pb(SO4)2 + O2 + 2H2O;

PbO2 = (Pb2IIPbIV)O4 + O2 ; (335-375oC, p, NaOH (в разб.))

PbO2 + NaOH(конц.) + 2H2O = Na2[Pb(OH)6] ; (кип.)

PbO2 + 4KO2 = 2K2PbO3(желт.) + 3O2; (400-500oC)+ 2S = PbS + SO2; (400oC)

PbO2(влажн.) + 2H2S(г.) = PbS + S +2H2O; (влажн.) + SO2 = PbSO4; (комн.)+ Pb + H2SO4(гор., конц.) = 2Pb(SO4)2 + 2H2O;

PbO2 + 4HNO3(разб.) + 2KI = Pb(NO3)2 + I2 + 2H2O + 2KNO3;

PbO2 + 4HNO3(разб.) + H2O2(конц.) = Pb(NO3)2 + O2 + 2H2O

PbO2 + 6HNO3(разб.) + 2Mn(NO3)2 = 5Pb(NO3)2 + 2HMnO4 + 2H2O;+ 8HNO3(разб.)+ FeO = Pb(NO3)2 + 2 Fe(NO3)3 +4H2O;

3PbO2 + 2Na3[Cr(OH)6] + 4NaOH(конц.) = 3 Na2[Pb(OH)4] + 2Na2CrO4 + 2H2O.

РbО2 + 2СаО = Са2РbО4

РbО2 + 2ВаО = Ва2РbО4

.3 Химические свойства Pb3O4

2Pb3O4 = 6PbO + O2; (выше 550oC)O4(т.) + 8H2O 2[Pb(H2O)3]2+ + PbIV + 4OH-;O4 + HCl(гор., конц.) = PbCl2 + Cl2 + 4H2O;O4 + 4 HNO3(разб.) = PbO2 + 2Pb(NO3)2 + 2 H2O;O4+ 6NaOH(конц.) + 4H2O = 2Na2[Pb(OH)4] + Na2[Pb(OH)6] ; O4 + 8HNO3(разб.) + 2KI = 3Pb(NO3)2 + I2 + 4H2O + 2KNO3;

Pb3O4 + 6HNO3(разб.) + H2O2(конц.) = 3Pb(NO3)2 + O2 + 4H2O

6. Способы синтеза оксида свинца (II) - PbO

химический оксид свинец

Желтые кристаллы ромбической систему("массикот") p=8,0 г/см3 красные кристаллы тетрагональной системы "глет" p=9,53 г/см3. Цвет колеблется в зависимости от метода получения от зеленовато-желтого до гранатового красного. Выше 587oC красная модификация переходит желтую tплав= 890oC , tкип=1473oC . На воздухе медленно поглощает CO2. Расплавленная PbO сильно действует на фарфор.

Окись свинца очень мало растворима в воде (1,7*10-3% водная вытяжка имеет слабощелочную реакцию) растворима в горячих растворах КОН и NaOH с образованием плюмбитов в кислотах азотной и уксусной, соляной кислотой переводится в PbCl2.

По приведенным ниже способам можно получить PbO

. Прокаливают 100 г Pb(OH)2 или PbCO3(ч.д.а) в никелевой чашке при 750-800oC перемешивая массу никелевым шпателем. Прокаливание ведут 2-3 часа до получения равномерного коричнево-оранжевого цвета.

Выход: 90 г

. Окись свинца можно получить исходя из уксуснокислой соли

Pb(CH3COO)2+2KOH=Pb(OH)2(осадок)+CH3COOK(OH)2=PbO+H2O

Растворяют 400 г Pb(CH3COO)2*3H2O(ч.д.а) в 1,2 л воды, добавляют 1 мл HCl(p=1,19) и смесь оставляют на 1 час. Затем отфильтровывают в большую фарфоровую чашку. Полученный раствор нагревают до 60 гр приливают к нему тонкой струйкой слегка перемешивая прозрачный раствор 120г KOH(или 90 г NaOH ч.д.а)в 1,1 л воды и кипятят от перехода белого гидроксида свинца в желтый оксид свинца(1-1,5 ч). Осадок промывают декантацией горячей водой до удаления Cl- ( проба с AgNO3) заnем прокаливают в фарфоровой чашке 1 ч при 600-650оС и охлаждают на воздухе.

Выход: 200 г (85%)

. Термическим разложением карбоната, нитрата и основного карбоната свинца

PbCO3 = PbO + CO2(NO3)2 = PbO + 2NO2

PbCO3*Pb(OH)2 = PbO + 2CO2 + H2O

4. Оксидированием расплава 650-700оС элементного свинца, а также оксидированием свинцорганических соединений в потоке кислорода или воздуха по схеме:

2Pb + O2 = 2PbO

Для синтеза PbO на практике будем использовать первый способ, т.к он наиболее рационален.

7. Техника безопасности при работе с высокими температурами

Для проведения опытов при высоких температурах используют кварцевую посуду. Кварцевое стекло содержит 99,95% оксида кремния (IV), температура его размягчения +1650 ºС. Тонкое кварцевое стекло вследствие очень низкого коэффициента термического расширения выдерживает резкое охлаждение (даже водой!) с любой температуры.

В зависимости от температуры используют различные способы нагревания тиглей. Для прокаливания веществ в тигле без контроля температуры обычно используют газовую горелку. Температура тигля при этом обычно не превышает 400 °С. До более высоких температур (до 600 °С) тигель можно нагреть паяльной горелкой. Тигель помещают в фарфоровый треугольник установленный на кольце штатива. О примерной температуре тигля можно судить косвенно по его свечению (табл. 2). Для переноса горячей фарфоровой посуды используют тигельные щипцы. Использование тигельных, трубчатых и муфельных электрических печей позволяет вести нагревание при контролируемой температуре от 100 до 1100°С.

Свечение твердых тел

t , min °С Свечениеt , min °ССвечение500 - 600Темно - красное1000 - 1200Белое600 - 800Вишнево - красное>1500Ярко - белое800 - 1000Жёлтое

8. ГОСТ выпуска PbO

Раздел: Глет свинцовый

ГОСТ 5539-73 | CAS 1317-36-8

Химическая формула:

Применение:

в производстве желтого свинцового и свинцово-молибдатных кронов, сиккативов, стабилизаторов поливинилхлоридов, армирования;

в производстве резинотехнических изделий;

в лакокрасочной промышленности;

в стекольной промышленности.

НАИМЕНОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯМАРКА «Г-2»Массовая доля окиси свинца, %, не менее98,7Массовая доля металлического свинца, %, не более0,50Массовая доля двуокиси свинца, %, не более0,2Массовая доля железа (Fe), %, не более0,005Массовая доля веществ, не растворимых в HNO3+Н2O2,%, не более0,04Массовая доля воды (H2O) и летучих веществ, %, не более0,3При просеве через сито № 0063, %, не более0,5

Форма выпуска:

Мелкодисперсный порошок желтого цвета с различными оттенками. Продукт фасуется в полипропиленовые мешки по 25 кг или биг-бэги по 1000 кг.

Заключение

В ходе курсовой работы были выполнены поставленные задачи. А именно выбрана рациональная методика синтеза PbO, изучены химические свойства оксидов свинца.

Список литературы

Ахметов Т.Г. Химическая технология неорганических веществ. - М.: "Высшая школа", 202. - 689 с.

Бауэр Г. Руководство по неорганическому синтезу. - 2 изд. - М.: "Мир", 1985.

Гринвуд Н., Эрншо А. Химия элементов. - М.: "БИНОМ. Лаборатория знаний", 2008. - 603 с.

Карякин Ю.В., И.И.Ангелов Чистые химические вещества. - 4 изд. - М.: "Химия", 1974.

Лидин Р.А. и др. Химические свойства неорганических веществ: Учеб. пособие для вузов. - 3-е изд., испр. - М.: Химия, 2000. - 480 с.

Минералы и месторождения России URL: #"justify">Некрасов Б.В Курс общей химии. - М.: "Государственное издательство химической литературы", 1954.

Оксид свинца // Ставропольский завод химических реактивов URL: #"justify">Реми Г. Курс неорганической химии. - М.: "Издательство иностранной литературы", 1963. - 919 с.

Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. - М.: Мир, 1971. - Т. 1. - 561 с.

Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. - М.: Советская энциклопедия, 1995. - Т. 4. - 639 с.