Лабораторна робота 5 Аналіз гранульованого суперфосфату

Мета роботи – ознайомити студентів зі стандартними методами аналітичного контролю виробництва гранульованого суперфосфату.

Загальні положення

У теперішній час як односторонні фосфатні добрива промисловістю виробляються в основному простий та подвійний суперфосфати. Також як добриво використовують і фосфоритне борошно.

Якість фосфорного добрива залежить від кількості в ньому Р₂О₅; якість фосфоритного борошна – від його загального складу; якість суперфосфатів – від вмісту в них Р₂О₅, що засвоюється (водорозчинний та цитратнорозчинний Р₂О₅).

Цитратнорозчинним називають Р₂О₅, що розчинюється в аміачному розчині цитрату амонію. В цьому розчині легко розчинюються одно- та двозаміщені фосфати кальцію і не розчинюється тризаміщений фосфат.

Методи вилучення фосфату із добрива наведено у табл. 5.1.

Таблиця 5.1 – Методи вилучення фосфату із добрива

Форма фосфатів	Метод вилучення
Загальні фосфати	розчином соляної (азотної) кислоти; сумішшю соляної та азотної кислот
Фосфати, що засвоюються	реактивом Петермана; розчином лимонної кислоти; розчином трилону Б; розчином соляної кислоти; розчином лимоннокислого амонію з рН=7; розчином мурашиної кислоти
Водорозчинні фосфати та вільна фосфорна кислота	водою

Визначення вільної кислоти проводять в день приготування фільтрату.

Методи аналізу, які використовуються для визначення фосфатів наведено в табл. 5.2.

Таблиця 5.2 – Методи аналізу для визначення фосфатів

Метод аналізу	Межі масової частки фосфатів, %
Гравіметричний магнезіальний	3,055,0
Диференційний фотометричний
Об’ємний (визначення вільної кислотності)	0,28,0
Гравіметричний хіноліно-молібденовий
Титрометричний хіноліно-молібденовий	3,055,0

Згідно з чинним державним стандартом у гранульованому суперфосфаті без домішок визначають вміст форми Р₂О₅, що засвоюється, та вміст вологи.

Експеримент 1. Визначення вмісту вологи в суперфосфаті

Загальні положення

Вміст гігроскопічної вологи визначають за втратою маси після сушіння суперфосфату у визначених умовах.

Проведення аналізу

25 г суперфосфату вносять в сухий зважений бюкс діаметром 32 мм і висотою 30 мм, закривають кришкою і зважують з точністю до 0,0002 г. Бюкс розміщують в сушильній шафі, знімають кришку, кладуть її поряд з бюксом і сушать вміст бюксу при температурі 100105 ^оС протягом трьох годин. Бюкс охолоджують в ексикаторі над хлоридом кальцію або силікагелем і зважують.

Обробка результатів

Вміст вологи, Х, % мас., розраховують за формулою

, (5.1)

де m – маса продукту до сушіння, г;

m₁ – маса продукту після сушіння, г.

За результат аналізу приймають середнє арифметичне двох паралельних визначень, розходження між якими не повинне перевищувати 0,1 %.

Експеримент 2. Визначення вмісту фосфатів, що засвоюються диференційним фотометричним методом

Загальні положення

Метод базується на утворенні фосфорнованадієвомолібденового комплексу складу P₂O₅ ∙ V₂O₅ ∙ 22MoO₃ ∙ H₂O жовтого кольору і фотометричного виміру оптичної густини цього комплексу при довжині хвилі 430450 нм відносно розчину порівняння, який містить відому кількість Р₂О₅.

Обладнання і реактиви:

1. фотоколориметр типу КФК-2 або аналогічний;

2. мікробюретка об’ємом 5 або 10 см³;

3. бюретка об’ємом 25 см³;

4. розчин кислоти азотної густиною 1,40 г/см³, розведений 1:2;

5. розчин трилону Б концентрацією 0,2 моль/дм³;

6. розчин кислоти соляної густиною 1,151,19 г/см³;

7. розчин метаванадату амонію з масовою часткою 0,25 %;

8. розчин молібдату амонію з масовою часткою 5 %;

9. розчин дигідрофосфату калію з вмістом Р₂О₅ 4,0 мг/см³;

Приготування робочих розчинів

Реактив на фосфати готують таким чином: змішують рівні об’єми розчинів азотної кислоти, розведеної 1:2, метаванадату амонію та молібдату амонію у вказаній послідовності. Якщо розчин каламутний, його фільтрують.

Стандартний розчин дигідрофосфату калію, що містить в 1 см³ 0,2 мг Р₂О₅, готують таким чином: 50 см³ розчину дигідрофосфату калію, який містить в 1 см³ 4,0 мг Р₂О₅, переносять до мірної колби місткістю 1 дм³, доливають воду до риски при температурі близько 20 ^оС, перемішують.

Побудова градуювального графіка

Для побудови графіка готують серію еталонних розчинів. У мірні колби об’ємом по 100 см³ за допомогою бюретки вносять 5; 10; 15; 17,5; 20; 22,5 см³ стандартного розчину, що відповідає 1,0; 2,0; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5 мг Р₂О₅. У мірні колби доливають до 30 см³ води, по 25 см³ реактиву на фосфати, об’єм розчину доводять до риски і перемішують. Через 1015 хвилин вимірюють оптичну густину розчинів відносно розчину порівняння, який містить 1 мг Р₂О₅.

Оптичну густину вимірюють у кюветах товщиною поглинального шару 10 мм.

За одержаними значеннями будують градуювальний графік, відкладаючи на осі абсцис концентрацію Р₂О₅ в мг на 100 см³ розчину, на осі ординат  відповідні до них величини оптичної густини.

Проведення аналізу

Фосфати, що засвоюються, із суперфосфату добувають розчином трилону Б. Пробу готового продукту масою 1 г зважують з точністю до 0,0002 г, кількісно переносять до мірної колби місткістю 500 см³, змиваючи наважку розчином трилону Б, раніше нагрітим в склянці до температури 93±3 ^оС в кількості 200 см³. Після цього вміст колби перемішують протягом 15 хвилин, охолоджують, об’єм розчину доводять до риски, перемішують і фільтрують крізь сухий фільтр «біла стрічка» в суху колбу, відкинувши перші порції фільтрату (близько 40 см³).

10 см³ фільтрату переносять піпеткою до мірної колби об’ємом 100 см³, додають 2 см³ соляної кислоти, розведеної 1:1 та 610 см³ води, кип’ятять 10 хвилин. Колбу охолоджують, розчин розводять водою приблизно до 30 см³, додають мірним циліндром 25 см³ реактиву на фосфати, доливають воду до риски, перемішують. Через 1015 хвилин виміряють оптичну густину, як і при побудові градуювального графіка.

Обробка результатів

Вміст фосфатів, що засвоюються, розраховують за формулою

, (5.2)

де Х – вміст фосфатів, що засвоюються, % Р₂О₅;

а – кількість Р₂О₅ в пробі, що аналізується, знайдена за градуювальним графіком, мг;

m – маса наважки, г;

V – об’єм аліквоти, взятої для фотоколориметра, см³;

За результат аналізу приймають середнє арифметичне результатів двох паралельних значень, розбіжність між якими не повинна перевищувати 0,2 %.

Експеримент 3. Визначення вільної фосфорної кислоти в перерахунку на Р₂О₅

Загальні положення

В основі визначення лежить переведення вільної фосфорної кислоти у розчин шляхом обробки суперфосфату водою з наступним титруванням одержаного розчину лугом до дигідрофосфату натрію за рівнянням

H₃PO₄ + NaOH = NaH₂PO₄ + H₂O (5.3)

При обробці суперфосфату водою в розчин одночасно з вільною фосфорною кислотою переходить дигідрофосфат кальцію. Цей фосфат з вмістом його близько 1 г і вище в 100 г розчину розкладається за рівнянням реакції

Ca(H₂PO₄)₂ = CaHPO₄ + H₃PO₄ (5.4)

Утворення в результаті цієї реакції фосфорної кислоти підвищує результати визначення вільної фосфорної кислоти, яка міститься в суперфосфаті. Для запобігання розкладанню дигідрофосфату кальцію необхідно підтримувати його концентрацію в розчині значно нижче 1 г на 100 г розчину. З цією метою при визначенні вільної фосфорної кислоти наважку суперфосфату відразу обробляють великою кількістю води, взятої з таким розрахунком, що розкладання Са(Н₂РО₄)₂ не відбувається.

Обладнання і реактиви:

1. апарат ротаційний зі швидкістю обертання 45 об/хв або магнітна мішалка чи інший апарат для перемішування;

2. рН-метр зі скляним електродом;

3. розчин гідроксиду натрію з концентрацією 0,1 н;

4. розчин гідрофосфату натрію концентрацією 0,2 М;

5. розчин лимонної кислоти концентрацією 0,1 н;

6. розчин етанолу синтетичного, ректифікованого;

7. спиртовий розчин індикатора диметилового жовтого з масовою часткою 0,5 % або водний розчин індикатора бромкрезолового зеленого з масовою часткою 0,1 %;

8. буферний розчин з рН=4,0.

Проведення аналізу

2 г суперфосфату зважують з точністю до 0,0002 г і переносять у мірну колбу місткістю 250 см³. Пробу заливають 200 см³ води і відразу ж перемішують, щоб уникнути утворення грудок. Колбу закривають пробкою, ставлять у ротаційний апарат і перемішують протягом 30 хв. Потім розчин розбавляють до риски, ретельно перемішують і фільтрують через сухий фільтр в суху посудину, відкидаючи перші порції фільтрату.

25 см³ фільтрату переносять піпеткою до конічної колби місткістю 200250 см³, розводять водою до 100 см³ та титрують розчином гідроксиду натрію в присутності 35 крапель розчину диметилового жовтого або 0,5 см³ розчину бромкрезолового зеленого.

Розчин до кінця титрування повинен залишатися прозорим. У противному разі титрують нову порцію розчину, яку перед титруванням розводять великою кількістю води. Титрування можна провести і за допомогою рН-метра до рН=4,0.

Обробка результатів

Вміст вільної фосфорної кислоти в переліку на Р₂О₅ розраховують за формулою

, (5.5)

де Х – вміст вільної фосфорної кислоти в перерахунку на Р₂О₅, %;

V – об’єм 0,1 М розчину гідроксиду натрію, см³;

m – маса наважки суперфосфату, г;

0,0071 – маса Р₂О₅, яка еквівалентна масі гідроксиду натрію, що міститься в 1 см³ 0,1 н розчину NaOH, г.

За результат аналізу приймають середнє арифметичне двох паралельних визначень.