4. Методика выполнения анализов.

Определение содержания в растворе суммы гидроксида аммония, карбоната и бикарбоната аммония производят титрованием сильной кислотой в присутствии индикатора – метилового оранжевого. При этом свободный и полусвязанный аммиак нейтрализуется кислотой по следующим реакциям:

Для анализа отбирают 10 см³ раствора пипеткой в коническую колбу с 40-50 см³ дистиллированной воды и 2-3 каплями метилового оранжевого и титруют 0,1 или 1 моль/л HCl до перехода желтой окраски в розовую.

Содержание свободного и полусвязанного аммиака определяют по формуле

где – количество 1 моль/л HCl, израсходованное на титрование, мл; 0,017 – количество аммиака, эквивалентное 1 см³ 1 моль/л HCl, г; – поправочный коэффициент для приведения точно к 1 моль/л раствору.

Определение общего содержания аммиака . Для определения используют метод обратного титрования. Пробу раствора, в которой перед этим определяли , обрабатывают избытком сильного основания, в результате чего связанный аммиак переходит в свободный:

Свободный аммиак отгоняют из раствора кипячением, после чего непрореагировавший избыток сильного основания титруют кислотой.

При выполнении этого анализа используют нейтральный раствор, полученный при прямом титровании. Этот раствор разбавляют дистиллированной водой до 100 мл и добавляют 50 см³ титрованного 1 моль/л NaOH. Затем раствор длительно кипятят до исчезновения запаха аммиака и после охлаждения оттитровывают избыток гидроксидом натрия 1 моль/л HCl в присутствии индикатора метилового оранжевого.

Общее содержание аммиака (г/л) составляет

где – количество 1 моль/л HCl, израсходованное на титрование, мл.

Если растворы гидроксида натрия и соляной кислоты не точно отвечают 1 моль/л раствору, то число см³ NaOH и HCl следует умножить на соответствующие поправочные коэффициенты.

Определение связанного аммиака . Определяют как разность между общим содержанием аммиака в растворе и содержанием суммы свободного и полусвязанного аммиака, т.е.

Определение содержания хлора. Производят аргентометрическим методом, который основан на выделении малорастворимого осадка AgCl при титровании испытуемого раствора нитрата серебра в кислой среде. Конец титрования определяют при помощи индикатора, образующего с избытком AgNO₃ окрашенный осадок.

Отбирают пипеткой 10 см³ анализируемого раствора и переносят в мерную колбу вместимостью 500 см³, доводят объем раствора водой до метки и перемешивают. Из мерной колбы отбирают пробу 10 см³ в коническую колбу, добавляют 30-40 см³ дистилированной воды, нейтрализуют раствор (аммиак) несколькими каплями концентрированной азотной кислоты по лакмусовой 6умаге и добавляют 1-2 капли кислоты в нейтральный раствор для создания кислой среды. Затем в эту же колбу добавляют 1-2 капли индикатора насыщенного раствора K₂CrO₄ и титруют, постоянно встряхивая колбу, 0,1 моль/л AgNO₃ до неисчезающего бурого окрашивания осадка вследствие образования AgCrO₄. Содержание хлора в растворе (г/л) CCl определяют по формуле

где – количество 0,1 моль/л AgNO₃, израсходованное на титрование, см³; 0,2 – рассчитанное количество анализируемого раствора в титруемой пробе, мл.

Содержание NaCl в растворе определяют по формуле

Определение двуокиси углерода в растворе. Производится газообъемным методом, по которому навеску или определенный объем анализируемого раствора обрабатывают сильной кислотой и замеряют количество выделившегося CO₂. Схема установки для выполнения этого анализа приведена на рис. 2.

Рис. 2. Прибор для определения содержания диоксида углерода в растворе:

1 – уравнительная склянка; 2 – компенсационная трубка; 3 – измерительная бюретка; 4 – трехходовой кран; 5 – реакционный сосуд; 6 – стакан

Установка состоит из реакционного сосуда 5, внутри которого впаян стаканчик 6. В реакционном сосуде обрабатывают пробу раствором соляной кислоты. Он соединен с измерительной бюреткой 3 вместимостью 250-300 см³, в которой измеряется объем выделившейся двуокиси углерода. Компенсационная трубка 2 и уравнительная склянка 1 заполнены подкисленным раствором NaCl, окрашенным несколькими каплями метилового оранжевого.

Перед анализом установку проверяют на герметичность для чего при закрытом трехходовом кране 4 поднимают уравнительную склянку так, чтобы уровень жидкости в бюретке 5 и склянке был на одной высоте, отмечают объем воздуха в бюретке и опускают склянку. Через 5-10 мин вновь измеряют объем воздуха в бюретке 3; если он не изменился, то прибор герметичен. Затем заполняют полностью измерительную бюретку 3 раствором NaCl при помощи склянки 1 и крана 4, закрывают кран 4 и ставят склянку на стол.

Для выполнения анализа в реакционный сосуд наливают определенный объем анализируемого раствора (1-2 см³). В стаканчик 6 пипеткой наливают 5-10 см³ 10%-го раствора HCl. Затем плотно закрывают реакционный сосуд, соединяют с измерительной бюреткой при помощи трубки и крана и переворачивают сосуд таким образом, чтобы кислота вылилась из внутреннего стаканчика и смешалась с пробой раствора. Образующаяся при этом двуокись углерода поступает в измерительную бюретку. Когда реакция закончится (это видно по прекращению выделения пузырьков), реакционный сосуд прогревают, опуская его несколько раз в баню с горячей водой, и дают остыть прибору в течение 30-40 мин. Затем устанавливают при помощи склянки 1 запирающую жидкость в измерительной бюретке на одном уровне и замеряют вытесненный объем CO₂. Замеренный объем выделившейся двуокиси углерода v пересчитывают на объем сухого газа при 0 °С и Па:

где Р и р – соответственно барометрическое давление и давление паров воды при измеренной температуре, Па; – нормальное давление, Па; t – температура, °С.

Давление паров воды р над насыщенным раствором NaCl приведено в табл. 1.

Таблица 1 – Давление паров воды p над насыщенным раствором NaCl

t, °C	5	8	10	12	15	18
p, Па	657,1	811,3	917,7	1050,7	1290,1	1556,1
t, °C	20	22	25	28	30
p, Па	1755,6	1995	2380,7	2846,2	3192

Содержание CO₂ в анализируемом растворе (г/л) вычисляют по формуле

где – объем анализируемой жидкости, мл.

По данным анализов строят график изменения содержания свободного и полусвязанного аммиака, связанного аммиака и CO₂ в карбонизуемом растворе по времени и вычисляют основные показатели карбонизации, т.е. коэффициенты использования х_NH4, Х_Na, степень карбонизации и выход бикарбоната натрия х_Na, в процентах к теоретически возможному количеству.

Выход NaHCO₃ (%) рассчитывают по формуле

где – масса сухого осадка NaHCO₃, г; – количество NaCl в исходном растворе, г.

Значение сопоставляют со значением х_Na полученным по данным анализа карбонизированного раствора.

Расчет

Концентрация NaCl – 305 г/л. Необходимо приготовить 0,5 л раствора. Рассчитать количество NaCl, H₂O. Плотность раствора 1,2 г/мл.

,

25 %-ный р-р аммиачной воды + р-р NaCl → конц. аммиака в аммонизир. рассоле – 85 г/л.

Т.к. плотность аммиачной воды ≈ 1, то конц. аммиака в аммиачной воде ≈ 250 г/л.

x – количество аммиачной воды:

x = 257,6 мл р-ра аммиачной воды

Концентрация NH₃ в полученном р-ре

Берем мл и доводим до метки водой в колбе на 250 мл.

На титрование ушло 12,53 мл.

,

– разбавл.

– в исх. р-ре NH₃

– 12,53 моль/л

– 13,1 моль/л

300 г/л – NaCl		85 – 200 мл
85 г/л – NH3		42,52 – 100 мл

22,3 – 10000 мл
85 – x мл

,

– пошедшее на титрование

Найдем концентрацию р-ра: ,

, .