2.10.3. Анализ аммиачной селитры на содержание аммонийного азота

Оборудование и реактивы: установка для получения аммиачной селитры (рис. 2.10.1) мерный цилиндр на 500 мл, ареометры для измерения плотности растворов азотной кислоты и аммиака, песчаная баня, фарфоровая чашка, раствор азотной кислоты (48–60 %), раствор аммиака (25 %), лакмусовая бумага.

Рис. 2.10.1. Установка для получения аммиачной селитры:

_{1 и 5} – капельные воронки; 2 – реактор; 3 – тройник;

4 – фарфоровая чашка; 6 – колба Вюрца; 7 – электроплитка

Наиболее удобным, хотя и приблизительным, способом определения аммонийного азота считают формальдегидный метод. При взаимодействии формальдегида с аммиачной селитрой образуется гексаметилентетрамин и выделяется азотная кислота, которая оттитровывается раствором щелочи:

4NH₄NO₃ + 6НСОН  C₆H₁₂N₄ + 4HNO₃ + 6Н₂O

Ход работы. Взвешенную с точностью до 0,0002 г массу навески 1,5–2,0 г соли помещают в мерную колбу на 250 мл и растворяют в дистиллированной воде, доводят раствор до метки и тщательно перемешивают. После этого 50 мл раствора формальдегида (40 %-й) переносят в коническую колбу на 100–150 мл, прибавляют 3—5капель фенолфталеина и нейтрализуют раствором гидроксида натрия концентрации 0,1 моль/л до появления розовой окраски.

Раствор соли (25 мл) переносят в коническую колбу на 250 мл, добавляют несколько капель фенолфталеина и, если реакция кислая, нейтрализуют 0,1 моль/л раствором гидроксида натрия. К этому раствору соли добавляют 10 мл нейтрализованного раствора формальдегида, 3–5 капель фенолфталеина, перемешивают и после 1–2 мин выдержки оттитровывают раствором гидроокиси натрия концентрации 0,1 моль/л до слабо-розовой окраски. Определяют содержание NH₄NO₃ в соли по формуле:

^%

где V – объем раствора гидроксида натрия 0,1 моль/л, израсходованного на титрование, мл; 0,008 – масса нитрата аммония в г, соответствующая массе гидроокисида натрия, содержащегося в 1 мл ее раствора концентрации 0,1 моль/л; т – масса навески соли, г.

Содержание аммонийного азота (%) определяют по формуле:

,

где V – объем раствора гидроксида натрия, израсходованного на титрование, мл; 0,0014 – масса аммонийного азота (г), соответствующая массе гидроокиси натрия, содержащегося в 1 мл 0,1 моль/л раствора; т – масса навески соли, г. Результаты анализа оформляют в виде таблицы:

Масса навески соли, г	Объем раствора NaOH, Израсходованного на титрование, мл	Масса нитрата аммония в навеске, г	Содержание аммонийного азота, %

Контрольные вопросы

1. Каковы особенности процесса получения аммиачной селитры, влияние выделяющейся теплоты на ход процесса и ее использование в производстве?

2. Как предотвращают слеживаемость нитрата аммония?

Список литературы

1. ^{Тихвинская М. Ю.} Практикум по химической технологии / М. Ю. Тихвинская, В. Е. Волынский. – М. : Просвещение, 1984. – 160 с.

2. Кононов А. В. . Основы технологий комплексных удобрений / А. В. Кононов, В. И. Стерлин. – М. : Химия, 1988. – 319 с.

3. Позин М. Е. Технология минеральных удобрений. – Л. : Химия, 1989.

2.11. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

«ПОЛУЧЕНИЕ ГИДРОКСИДА НАТРИЯ КАУСТИФИКАЦИЕЙ

СОДОВОГО РАСТВОРА И ЕГО АНАЛИЗ»

Цель работы – практическое изучение процесса каустификации содового раствора известью на лабораторной установке, освоение методов контроля состава жидкостей производства гидроксида натрия.

2.11.1. Краткие теоретические сведения

Каустификация содового раствора является основной операцией так называемого известкового способа получения едкого натра. Содовый раствор, получаемый обычно декарбонизацией суспензии гидрокарбоната натрия, обрабатывают известью или известковым молоком. Процесс образования едкого натра в результате обменного взаимодействия между карбонатом натрия и гидроокисью кальция является обратимым:

Na₂CO₃ + Ca (OH)₂ <=> 2NaOH + СаСО₃

Условия равновесия этой реакции определяются соотношением между растворимостями гидроокиси и карбоната кальция или значениями концентраций ионов ОН^- и СО₃^2- в растворе. Это видно из выражения, определяющего величину константы равновесия К. Она определяется равновесными концентрациями реагирующих веществ:

Так как величины [СаСO₃] и [Са(ОН)₂] при наличии их твердых фаз являются вполне определенными и практически могут быть приняты постоянными, то их значения можно включить в величину константы равновесия. Тогда получим:

Выразив значения [ОН^-] и [CO₃^2-] через произведения раство-римостей соответствующих солей, получим значение константы равновесия в зависимости от растворимости гидроокиси и карбоната кальция.

Произведения растворимостей этих соединений составляют:

Разделив верхнее уравнение на нижнее уравнение, получим:

Ниже в таблице представлены данные, характеризующие равновесные значения [ОН^-] и [СO₃^2-], значения константы равновесия К' и степень превращения Na₂CО₃ в NaOH при 80 °С.

Из приведенной ниже таблицы видно, что степень каустификации растет с уменьшением концентрации соды в исходном растворе.

Общая концентрация соды (до каустификации), г-экв/л	Концентрация после каустификации г-молm/л		K' = [ОН^-]^2/ [С03^2-]	Степень каустификации А, %
	ОН^-	СО3^2-
- 5,375	4,34	0,518	36,4	80,7
5,125	4,220	0,408	39,3	82,3
4,900	4,095	0,403	41,7	83,6
3,842	3,444	0,199	59,6	89,6
3,073	2,903	0,085	99,1	94,5
2,045	1,982	0,032	124,9	96,9

С повышением температуры значение константы равновесия уменьшается вследствие уменьшения растворимости гидроокиси кальция. Так, если рассчитать значения К' при различных температурах, исходя из растворимости гидроокиси и карбоната кальция при полной электролитической диссоциации и пренебрегая гидролизом СаСОз, то при 20° K' = 2100, а при 100° K' = 90. Это указывает невозможность более полного превращения Na₂CO₃ в NaOH при температурах 15–20 °С.

Однако на практике процесс осуществляют при повышенной температуре (80–100 °С). Это объясняется, с одной стороны, тем, что скорость взаимодействия между реагирующими веществами возрастает с повышением температуры.

С другой стороны, при температурах ниже 80 °С в процессе каустификации образуется тонкодисперсный осадок СаСO₃, который адсорбирует значительные количества едкого натра и трудно отделяется от жидкости. Для получения осадка, легко отделяющегося от жидкой фазы, требуется более высокая температура.

На практике осуществляют процесс каустификации, применяя 2–3 н. раствор Na₂CО₃ (концентрацией примерно 10–15 %), при температуре около 80° С; при этом достигают превращения Na₂C0₃ в NaOH в среднем на 90 % и получают щелок, содержащий 100–120 г/л NaOH. Скорость процесса каустификации зависит также от количества применяемой извести и ее свойств, размеров частиц, условий обжига известняка и наличия примесей в исходных материалах.

Состав щелоков и методы их анализа зависят от способов производства гидроокиси натрия. В щелоках, получаемых при производстве NaOH, химическими способами определяют общую щелочность, т. е. сумму каустической и карбонатной щелочи (NaOH +Na₂C0₃) и содержание гидроокиси натрия. В щелоках, получаемых при производстве гидроокиси натрия электролизом раствора NaCl, определяют, помимо гидроокиси и карбоната натрия, хлорид, гипохлорит и хлорат натрия. Содержание хлор-иона определяют общеизвестными аргентометрическим или меркурометрическим методами. Определение гипохлорита натрия производят обычно иодометрическим методом в уксуснокислой среде. Хлорат натрия определяют, прибавляя к пробе в избытке титрованный раствор соли двухвалентного железа, которое окисляется в присутствии NaClO₃; избыток закисного железа оттитровывают раствором перманганата калия.

Общую щелочность определяют титрованием сильной кислотой в присутствии индикатора – метилового оранжевого. Для раздельного определения гидроокиси и карбоната натрия при их совместном присутствии применяют два метода: титрование с двумя индикаторами и осаждение карбонат- иона раствором хлорида бария. Метод титрования одной и той же пробы щелока с двумя индикаторами основан на изменении цветов индикаторов – фенолфталеина и метилового оранжевого – в различных интервалах значений рН. При титровании пробы соляной кислотой в присутствии фенолфталеина определяется гидроокись натрия и половина карбоната натрия (NaOH + 0,5Na₂CO₃). Пробу дотитровывают в присутствии индикатора метилового оранжевого, причем все израсходованное количество кислоты отвечает общей щелочности, т. е. сумме NaOH + Na₂CO₃.

Метод осаждения карбонат-иона хлоридом бария заключается в определении едкой щелочи в пробе после осаждения Na₂CО₃ раствором хлорида бария; общей щелочности – в другой пробе. Этот метод наиболее точен и вместе с тем достаточно прост. Метод титрования с двумя индикаторами применим в тех случаях, когда в едком натре находится ничтожно малая примесь соды.