2 Обладнання і хімічні реактиви

• компресор УК-1М ТУ 92-31-69;

• змішувач газів (місткістю 200 см³);

• крани, поглинальні склянки;

• газометри (місткістю 5 дм³);

• ротаметр для вимірювання витрат повітря;

• азотна кислота, ГОСТ 4461-67;

• сірчана кислота, ГОСТ 4204-77;

• їдкий натр, ГОСТ 4826-77;

• KMnO_4, ГОСТ 20490-75;

• вода дистильована, ГОСТ 6708-82.

3. Опис лабораторної установки

Установка для отримання оксидів азоту (рис. 2) складається з трубчастої печі 1, усередині якої знаходиться кварцова трубка 2, заповнена залізо-марганцевим каталізатором; осушувача повітря 3; ротаметра 4; розподільної склянки 5 з 25 %-м розчином аміаку; триходових кранів 6 для відбору проб газу; буферної ємності 7; поглинача оксидів азоту 8.

Схема для аналітичного контролю нітрозних газів складається з поглинальних склянок 9 і 10; аспіраторів 11 і 12; кранів 13, 14, 15, 16, 18, 19, 20.

Перед початком роботи готують поглинальні розчини, розчин перманганату калію та готують установку до роботи. Для цього в поглинальну склянку 10 наливають 50 см³ концентрованої сірчаної кислоти (густина 1,84 г/см³), а у 8 і 9  50 см³ сірчаної і 6-8 см³ концентрованої азотної кислоти. Розчин перманганату калію готують у двох конічних колбах місткістю 250 см³, у які вливають по 1 см³ 0,1н розчину перманганату калію, по 5 см³ концентрованої сірчаної кислоти (густина 1,84 г/см³) і по 40 см³ дистильованої води. Для аналізу концентрованого нітрозного газу розчин перманганату калію беруть у кількості 5-10 см³.

1 – трубчаста піч; 2 – кварцова трубка; 3 – осушувач повітря; 4 – ротаметр; 5 – розподільна склянка; 6 – триходовий кран; 7 – буферна ємкість; 8 – поглинач; 9-10 – поглинальні склянки; 11-12 – аспіратор; 17 – компресор; 13-16, 18-20 – крани

Рисунок 3.1 – Схема установки для розподільного визначення NO і NO₂ у газах

4 Послідовність виконання роботи і проведення розрахунків

Суміш оксидів азоту отримують таким чином: вмикають компресор 17 та при закритому крані 19 і відкритому крані 20 за допомогою крана 18 регулюють витрати повітря, контролюючи їх за допомогою ротаметра 4 (витрати повітря задаються викладачем). Вмикають піч 1 і доводять у ній температуру до 800 С. Далі відкривають кран 19, закривають кран 20 і спрямовують аміачно-повітряну суміш, яка утворюється в розподільній склянці 5 з 25 %-м розчином аміаку, на контактне окиснення в піч 1 при закритих кранах 13 та 14.

Для аналізу отриманого нітрозного газу триходовий кран 6 переключають на поглинальні склянки 9 та 10. Відкривають крани 13 - 16 і відбирають проби газу за допомогою аспіраторів 11 та 12. Через поглиначі 9 і 10 має пройти не менше 5 дм³ аналізованого газу. Проби газу відбирають при незначному розрідженні за манометром (4-6 мм вод. ст.), регулюючи швидкість витікання рідини з аспіраторів кранами 15 і 16. Після відбору проб вміст поглинальних склянок 9 і 10 переливають у дві бюретки та титрують приготований раніше розчин KMnO₄ до знебарвлення.

Вміст оксидів азоту та ступінь окиснення газу розраховують таким чином:

якщо на титрування а см³ 0,1н розчину KMnO₄ було витрачено b см³ поглинача із склянки 10, то згідно з рівнянням реакції:

5N₂O₃+4KMnO₄+6H₂SO₄=10HNO₃+2K₂SO₄+4MnSO₄+H₂O. (6)

На 522,421000 см³ N₂О₃ витрачається 4 моль KMnO₄, або 4 дм³ 1Н розчину KMnO₄, або 5·40 дм³ 0,1Н розчину KMnO₄. Тоді 1 см³ 0,1Н розчину KMnO₄ поглинає:

=1,12 моль N₂O_3­ .

Таким чином, у поглинальній склянці 10 було поглинено V₁ см³ оксидів азоту (NO+N₂O₃), тобто:

.

У поглинальній склянці 9 поглинаються всі оксиди азоту. При цьому NO окислюється азотною кислотою до N₂O₃ за реакцією (4), тобто:

N₂O₃+2H₂SO₄=2NOHSO₄+H₂O.

Як і у поглинальній склянці 10, об'єм оксидів азоту V₂ (см³), що було поглинено у поглинальній склянці 9, за результатами титрування можна знайти як:

де а' кількість 0,1Н розчину KMnO₄ взятого у колбу, см³;

b'  кількість поглинача (що витрачений на титрування розчину KMnO₄) взятого із поглинальної склянки 9, см³.

Як видно з реакції (4), на утворення N₂O₃ витрачається ¹/₃ азотної кислоти, а ²/₃ об'єму утворюється за рахунок NO.

Таким чином, об'єм оксиду азоту (II) в аналізованому газі становить:

V_NO=1/2V₁+2/3(V₂-V₁).

Об'єм оксиду азоту (IY) становить:

Знаючи об'єм оксиду азоту (II) та оксиду азоту (IY), а також об'єм води, що витекла з аспіратора, визначаємо об'ємний вміст оксидів азоту в нітрозних газах та ступінь окиснення NO в NO₂: