尿素中氮含量的测定.doc

尿素中氮含量的测定.doc 实验八:尿素中氮的测定 一.实验目的 1.学会用甲醛法测定氮含量，掌握间接滴定的原理。 +2.学会NH的强化，掌握试样消化操作。 4 3.掌握容量瓶、移液管的正确操作。 4.进一步熟悉天平的使用。 二.实验原理: 1. 尿素是有机碱，不能被强酸直接滴定，需要先消化。 -14-8 尿素的消化 尿素CO(NH)是有机弱碱，K=1.3×10，不能满足cK?10 弱22bb碱直接被准确滴定的条件，可用浓硫酸将其转化为(NH)SO : 424 CO(NH) + 2HSO = (NH)SO + CO? + SO? 222442423 CO(NH)+ HSO + HO = (NH)SO + CO? 222424242 尿素CO(NH)经浓硫酸消化后转化为(NH)SO，过量的HSO以甲基红作指示剂，2242424 用NaOH标准溶液滴定至溶液从红色到黄色。 +2. NH是弱酸，不能被强碱直接滴定，要把弱酸强化 4 弱酸的强化 NH4+是一个弱酸，Ka=5.6×10-10，也不满足cKa?10-8弱酸直接被准确滴定的条件，可用甲醛将其转化。4NH4+ + 6HCHO = (CH2)6N4H+ + 3H+ + 6H2O +-6+由于生成的(CH)NH(K=7.1×10)和H可用NaOH标准溶液滴定，滴定终点生成264a 的(CH)N是弱碱，化学计量点时，溶液的pH值约为8.7，应选用酚酞为指示剂，264 溶液中有两种指示剂，在滴定前溶液为红色，滴入NaOH标准溶液后，随着溶液中氢离子的减少，颜色的变化次序为红?橙?金黄(第一次)?黄?金黄(第二次)。第一次出现金黄时未到终点，此时是指示剂甲基红的颜色变化，待过纯黄后，再出现第二次的金黄，已到终点，此时是指示剂酚酞的颜色变化在起作用。。 铵盐与甲醛的反应在室温下进行较慢，加甲醛后，需放置几分钟，使反应进行完全。 三.主要仪器与试剂 主要仪器:分析天平，250m烧杯(3个)，50mL滴定管，称量瓶, 干燥器，量筒，250mL容量瓶。 -1-1主要试剂:NaOH溶液(2mol?L及0.1mol?L的标准溶液)， 酚酞指示剂，甲醛溶液 ，基准试剂 ，尿素试样 四、实验步骤 序号 步 骤 思 考 1 在一周前洗净100mL小烧杯、小为什么尿素消化步骤中所用器皿均需干 面皿、10mL量筒，放实验柜中燥，怎样干燥, 晾干。 2 准确称取尿素试样0.6,0.7g于1( 怎样取用浓硫酸，实验中要注意什 100mL烧杯中，加6mL浓硫酸，盖么, 上表面皿。 2(为什么小烧杯只盖表面皿，不能放玻 棒, 3 在通风橱内缓缓加热，当有密集1( 消化过程中怎样掌握火焰的大小， 的CO2溢出时，移走煤气灯，至大火加热后能观察到哪些现象, 无CO气泡少时，用大火加热至冒2 2( 消化过程中的注意事项有哪些, 出的浓白雾又变稀时，再加热 2min，在通风橱中冷却。 3( 为什么要在通风橱中冷却, 4 吹洗表面皿和杯壁，加30mL纯水1( 为什么吹洗表面皿和杯壁，为什么 稀释，稍冷后完全转移至250mL冷却后才能吹洗, 容量瓶中，稀释至标线，摇匀。 2( 怎样将试液全部转移到容量瓶中, 3( 怎样混合容量瓶中的试液, 5 准确移取25.00mL试液三份，分1( 能否将洗至纯水的吸管直接伸入容 别加3滴甲基红指示剂，先用量瓶中，吸取溶液荡洗三次, -1-12mol?L，后用0.1mol?L NaOH 2( 用吸管移取试液时，是移取一份测溶液中和过剩的HSO至纯黄。 24 一份，还是移取三份后测, 3( 中和多余的强酸时，为什么用甲基 红作指示剂，而不用酚酞, 4( 怎样中和多余的硫酸, 6 取30ml甲醛溶液，以酚酞为指示 剂，用0.1mol/L的氢氧化钠溶液 中和至微红色。 7 在中和好的消化液中，加入10ml 甲醛溶液，充分摇动，放置5min。 8 加入5滴1%酚酞指示剂，溶液由 红色至金黄色，到纯黄，最后到 金黄色即为终点。 五.实验结果及分析 序号 1 2 3 尿素的总质量m/g 0.6236 尿素的体积/mL 25.00 25.00 25.00 初读数V(NaOH)/mL 0.00 0.00 0.00 1 终读数V(NaOH)/mL 19.09 19.02 19.00 2 ?V(NaOH)/mL 19.09 19.02 19.00 氮的含量N% 46.22 46.05 46.00 相对相差% 氮的含量N% (舍前) 46.09 S 0.001153 计算T 1.13 0.35 0.78 查表3-1的T(置信界限95%) 1.15 氮的含量N% (舍后) 46.09 用到的计算公式: +-1. N — H — OH N% = [C(NaOH)×V(NaOH)×M(N) ]?[m(CO(NH)×25.00/250.00)]×100% 2 2(平均值的计算: =(X+X+X+……+X)/ n 123n 3.标准偏差计算: 4:统计量计算式为:T=(X , ) / S nn 六(问题及思考题 ?思考题 1.尿素是个有机碱，为什么不能用标准酸直接滴定, 尿素消化后转化成，为什+么不能用标准碱直接滴定,实验中NH如何强化, 4 +答:尿素为弱碱，因此不能用标准酸溶液直接滴定。由于NH的酸性太弱4-10(K=5.6×10)，因此不能直接用标准溶液滴定。 a -6++甲醛与NH作用，生成质子化的六次甲基四胺(Ka=7.1×10)和H， 其反应4+++如下:4NH + 6HCHO = (CH)NH + 3H + 6HO 42642 ++所生成的H和(CH)NH可用NaOH标准溶液滴定，采用酚酞作指示剂。 264 +2.写出尿素消化和NH强化的主要反应式，拟出尿素中含氮的质量分数计算公4 式。 答:尿素消化:CO(NH) + 3HSO = (NH)SO + 2SO ?+ 2H0 + CO? 2224424222 ++++ NH强化:4NH + 6HCHO = (CH)NH + 3H + 6HO 442642 N% = [C(NaOH)×V(NaOH)×M(N) ]?[m(CO(NH)×25.00/250.00)]×100% 2 3.中和硫酸过程中氢氧化钠的量是否要准确控制,若不足或过量时对实验结果有什么影响,碱加过量了该怎么办,中和过量的碱是否要, 答:要准确控制，不足是消耗氢氧化钠偏大，使测出氮的含量偏高，反之，过量-1则偏低。碱加过量了滴加0.5mol?LHSO溶液至试液为橙红或红色，再用24-10.1mol?LNaOH溶液滴定至纯黄，10s后为金黄。不需要记录不会影响氮含量的 测定。 4.为什么加入的甲醛事先要用碱中和，中和所用的减量是否要准确,要不要记录, 答:甲醛中常含有微量的甲酸(甲醛受空气氧化所致)，应将其除去，否则会产生误差 用的碱量需要准确，否则会产生误差，但不需要记录。 5.随着滴定的进行，溶液的颜色由红色—金黄色—纯黄色—金黄色。是哪些指示剂在起作用, 答:红色和第一次出现金黄色及纯黄色，是指示剂甲基红的颜色变化，待过纯黄后，再出现第二次的金黄，已到终点，此时是指示剂酚酞的颜色变化在起作用。 ?问题: 1.当中和过剩硫酸，若用酚酞做指示剂，对测定结果将产生正误差还是负误差, +答:负误差，以酚酞为指示剂，会有部分NH被中和。所用的碱偏多，从而滴定4 待测溶液用的碱量偏小。 2.滴定待测酸量时，若不在加酚酞而仍用甲基红作指示剂，将会产生怎样的结果, 答:虽然甲醛溶液中有少量酚酞指示剂，由于量少，不能灵敏的指示终点。如不加酚酞，试液中原有的指示剂是甲基红，是酸性范围变色的指示剂，使弱酸的氢离子不能被滴定，使 N% 偏小。 1.1 为什么尿素消化步骤中所用器皿均需干燥，怎样干燥, 尿素消化时溶解酸为浓硫酸，稀释对酸解不利。如尿素未完全酸解，则测定结果将偏低，所以所用器皿(100mL烧杯，小表面皿、10mL量筒)均要干燥。 ?一周前，将它们洗至纯水，在实验柜内铺上吸水纸，将烧杯倒合、表面皿凹面朝上放在吸水纸上，量筒倒放在洗净的烧杯中，自然晾干一周。 2.1 怎样取用浓硫酸,实验中要注意什么,?从浓硫酸滴瓶中取，滴瓶的滴管垂直，不伸进量筒。 ?注意: ?不要将浓硫酸滴在量筒以外的地方。如不小心滴在桌上，应立即处理干净，因实验桌桌面不耐浓硫酸腐蚀。 建议:将浓硫酸滴瓶放在搪瓷盘中滴加。 ?操作中不要碰翻盛浓硫酸的量筒或烧杯。 2.2 为什么小烧杯只盖表面皿，不能放玻棒, ?为防止尿素消化时溅出试液，须盖表面皿，但不能放玻璃棒,以免小烧杯倾翻。 ?用实验室提供的烧杯夹夹住100mL烧杯，在稍离石棉网的上方摇动烧杯可使试液混合均匀。使用烧杯夹需注意夹稳烧杯，取下烧杯夹时，不要带翻烧杯。 3.1 消化过程中怎样掌握火焰的大小,大火加热后能观察到哪些现象, ?溶解开始时，只要缓缓加热，用中火。当看到细而密的气泡出现时退火，避免反应过于剧烈。待大量CO2逸出后，继续加热至无CO2逸出，改用大火加热，此时火焰要接触石棉网，必要时垫木块，加热温度要高。 ?大火加热后，烧杯内有大量白雾产生。继续加热，在烧杯壁逐渐看到有浓硫酸的回流圈，并慢慢上升，随后看到液面上方白雾变稀甚至变清，烧杯上部有雾，雾又慢慢变淡，再加热2min，此时还可能会观察到试液内出现大气泡，停止加热。 3.2 消化过程中的注意事项有哪些, ?不要打开表面皿，以免有试液溅出; ?消化过程一定要大火，大火才能反应完全;大火加热才会有足够强的气流托起雾，使液面上方变清，白雾变稀，借此判断反应完成。若消化不完全，测定结果将偏低。 ?由于实验室用的是液化气，灯是由煤气灯改装而来，所以火焰中的黄色可能不会全部消失，这意味着火焰中有炭黑存在。若黄火接触到表面皿，使表面皿上沾有炭黑，下一步洗表面皿时会将炭黑洗入试液中，因此消化时要尽量大火，但又不能超过石棉网的石棉芯，避免黄火接触表面皿。此外通风橱抽风功率大时，会使火焰斜向一边，使黄火接触到表面皿，因此要调节好通风橱的抽力，或调节通风橱门开启的大小，使黄火不斜向一边。 3.3 为什么要在通风橱中冷却, 因烧杯中还有SO3，放在通风橱外会污染实验室环境。 4.1 为什么吹洗表面皿和杯壁，为什么冷却后才能吹洗, ?将反应过程中溅在表面皿和杯壁上的试液冲洗到溶液中，以免试液损失; ?稀释浓硫酸是一个放热过程，若在热的时候冲洗杯壁和表面皿，会使试液溅出，发生意外。此外，大火加热后的表面皿、烧杯突然碰到冷水容易炸裂。 4.2 怎样将试液全部转移到容量瓶中, ?从通风橱中取出已冷却的烧杯，用洗瓶吹洗表面皿、烧杯壁，加30mL纯水稀释，搅拌，稍冷后，在容量瓶口上方取出玻璃棒伸入瓶口，玻璃棒的顶端靠近瓶颈内壁，杯嘴靠住玻璃棒，沿玻璃棒慢慢加入试液，溶液沿瓶壁流下，待试液全部流完后，将烧杯轻轻上提，同时直立，使附着在玻璃棒和烧杯嘴之间的1滴试液收回到烧杯中，将玻璃棒放回到烧杯(不放在烧杯嘴处)。 用洗瓶吹洗玻璃棒、杯壁3次，每次的洗涤液都要全部转移到容量瓶中，吹洗瓶颈，加纯水到容量瓶容积的2/3。右手拿住瓶颈标线以上处，直立旋摇容量瓶，使试液初步混合，消除体积效应。 ?待溶液冷至室温，慢慢加水到接近标线1cm处，等1,2min，使沾附在瓶颈上方的水流下。在原烧杯内加少许纯水，用滴管取水后伸入瓶颈，但稍向旁侧倾斜滴加水，使水顺壁流下，直到弯月面的最低点和标线相切为止。 4.3 怎样混合容量瓶中的试液, 塞好瓶塞，左手大拇指在前，中指及无名指、小指在后，拿住瓶颈标线以上部分，而以食指压住瓶塞上部，用右手指尖顶住瓶底边缘。如容量瓶小于100mL，则不必用手顶住，将容量瓶倒转，使气泡上升到顶，如此反复倒转十余次即可。 5.1 能否将洗至纯水的吸管直接伸入容量瓶中，吸取溶液荡洗三次, 不能。 将洗至纯水的吸管伸入容量瓶中，已将纯水带入容量瓶，导致试液浓度改变，应将容量瓶中的试液倒入小烧杯后荡洗吸管，烧杯与吸管同时荡洗后倒去试液，再取新的试液进行第二次荡洗，重复操作进行第三次荡洗。 5.2用吸管移取试液时，是移取一份测一份，还是移取三份后测, 同时移取3份试液分别放在三只250mL烧杯中，然后测试，因在同一状态下移取试液，测定结果精密度好。 5.3 中和多余的强酸时，为什么用甲基红作指示剂，而不用酚酞, 若用酚酞做指示剂，会有部分NH4+被中和。 由于试液中同时存在强酸H2SO4和弱酸NH4+，但中和多余的强酸时不能中和 NH4+。由于NH4+是弱酸，Ka=5.56×10-10，其溶液显弱酸性，如0.1mol?L-1 NH4Cl溶液的pH值为5.12。若用酚酞做指示剂，NaOH溶液中和至试液微红时，pH=9，就有部分NH4+被中和。甲基红为酸性范围指示剂，变色pH范围为4.4,6.2，pKa=5.2，指示剂的理论变色点处于强碱滴定强酸的突跃范围(pH从4.31至9.70)，但不在强碱滴定弱酸的突跃范围(在弱碱范围)，因此选用甲基红做指示剂。 5.4 怎样中和多余的硫酸, 在试液中加入3滴0.1%甲基红指示剂，试液为红色。由于过剩的硫酸较多，先用滴管滴加2mol?L-1NaOH溶液，边滴边搅，注意将NaOH直接滴入溶液，不可沾在玻璃棒与杯壁上，以免引起误差。当中和至滴落点出现黄色，经搅拌又恢复为红色，但红色的成分逐渐变少，稍透黄的成分时，说明中和已接近终点，用洗瓶吹洗玻璃棒、杯壁，改用滴定管滴加0.1mol?L-1NaOH溶液，中和的终点是纯黄色，若短时间内又出现红色或透红的成分，则称泛红，仍小心滴加NaOH溶液至纯黄色，10s后为金黄色即为中和的终点。 若试液一直为纯黄色，则表示NaOH加多了，滴加0.5mol?L-1H2SO4溶液至试液为橙红或红色，再用0.1mol?L-1NaOH溶液滴定至纯黄，10s后为金黄。 三份试液同时中和好后进行下面的实验。 存在的问题 1 尿素消化时，液面上方一直有白雾。 原因:灯的火焰温度不高; 解决方法:在加热前，先检查煤气灯，用黄火小、火焰高的煤气灯。 2 消化时打翻烧杯，浓硫酸翻在实验桌上。 原因:开、关煤气灯龙头时碰翻烧杯;或碰到石棉网边上的铁丝，将烧杯带翻 解决方法:注意伸手去开关龙头时周围应有一定的空间，应先把周围的物品移开，再去开关煤气龙头，如反应中要立即改小火或去火，可先把煤气灯移开，再做处理。 3 在容量瓶中稀释溶液时超过瓶颈标线。 原因:定容操作不过关或是太粗心 解决方法:重做 4 中和甲醛时，微红不会判断，以至NaOH滴加过多 解决方法:观察时，以白瓷板做背景，微红较易察觉。 5 中和多余的强酸时，返红、纯黄、金黄几种颜色不会区分与判断，导致反复用酸、碱调节。 解决方法:可试中和一份消化液至纯黄，细心观察颜色的变化，从红?橙?纯黄?又返金黄，甚至变橙的变化中学会区分纯黄与金黄。如金黄中红的成分在慢慢增加，变成橙色或橙红，这就是返红。以试中和得到的纯黄做参比，学会金黄色的判断。 6 怎样判断滴定终点出现的金黄色是第一次的还是终点的, 滴定中会出现滴落点或整个溶液是黄色，经搅拌后溶液的颜色变为金黄色，判断是否是终点的方法是:先读数，再加半滴NaOH溶液，搅拌后溶液的颜色是金黄或黄色，则是第一次的金黄，不是终点。出现这种现象的原因是滴加NaOH的速度太快，使溶液中短暂出现黄色，经搅拌又回到金黄，此时应继续滴定。若滴加半滴后，溶液变为橙色或略带红色成分，则是第二次的金黄色，终点已到，前面的读数为终读数。因为到了终点时的金黄色再加NaOH溶液，必然过了终点，红色成分要增加，出现橙色。 由此得出结论，滴定时一定要观察到纯黄色，并保持一段时间后出现金黄色即为终点。 七 讨论 测定氮含量的方法 土壤、肥料以及有机化合物(如食品)中，测定氮含量的常用方法是先将氮转化为铵盐，然后再测量NH4+的含量。 ?甲醛法甲醛与铵盐作用可定量的置换出氢离子，以甲基红为指示剂，用NaOH标准溶液滴定。甲醛法准确度较差，但简便、快捷，生产实际中应用较广，适用于强酸铵盐中氮的测定。 ?蒸馏法将含铵盐的试液置于蒸馏瓶中，加浓碱使NH4+转化为NH3，蒸馏，用过量的盐酸标准溶液吸收NH3，再以甲基红为指示剂，用NaOH标准溶液滴定过剩的盐酸，以求出含氮量。也可用过量的H3BO3溶液吸收NH3，其反应为: NH3 + H3BO3 , NH4+ + H2BO3- 再用盐酸标准溶液滴定生成的H2BO3-，终点产物是NH4+和H3BO3，pH=5，可用甲基红作指示剂。用H3BO3吸收NH3的优点是只需一种盐酸标准溶液，而且H3BO3是很弱的酸，它可吸收NH3，却不影响滴定，只要保证过量而无需知其准确浓度和体积。如试样为有机物质，需先用CuSO4作催化剂，用浓硫酸加热消化试样，使有机物中的氮组分转化为NH4+，再用蒸馏法测定，该法称为克氏定氮法。 蒸馏法应用范围广，试样为无机物质和有机物质均适用，即使试样中有其它酸碱存在(非挥发性)，也无影响。蒸馏法的缺点是手续麻烦，费时费事。 测定NHHCO中的氮含量的方法(请同学回答) 43 ?能否用甲醛法测定NHHCO中的氮含量; 43 ?能否用酸碱滴定法直接测定NHHCO中的氮含量; 43