尿素中氮含量的测定.docx
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尿素中氮含量的测定
尿素中氮含量的测定
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NH4+的强化,掌握试样消化操作。
3.掌握容量瓶、移液管的正确操作。
4.进一步熟悉分析天平的使用。
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。
尿素的消化 尿素CO(NH2)2是有机弱碱,Kb=1.3×10-14,不能满足cKb≥10-8弱碱直接被准确滴定的条件,可用浓硫酸将其转化为(NH4)2SO4:
CO(NH2)2+2H2SO4=(NH4)2SO4+CO2↑+SO3↑
CO(NH2)2+H2SO4+H2O=(NH4)2SO4+CO2↑
尿素CO(NH2)2经浓硫酸消化后转化为(NH4)2SO4,过量的H2SO4以甲基红作指示剂,用NaOH标准溶液滴定至溶液从红色到黄色。
2. NH4+是弱酸,不能被强碱直接滴定,要把弱酸强化
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
由于生成的(CH2)6N4H+(Ka=7.1×10-6)和H+可用NaOH标准溶液滴定,滴定终点生成的(CH2)6N4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,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
4:
统计量计算式为:
Tn=(Xn-)/S
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NH4+如何强化?
答:
尿素为弱碱,因此不能用标准酸溶液直接滴定。
由于NH4+的酸性太弱(Ka=5.6×10-10),因此不能直接用标准溶液滴定。
甲醛与NH4+作用,生成质子化的六次甲基四胺(Ka=7.1×10-6)和H+, 其反应如下:
4NH4++6HCHO=(CH2)6N4H++3H++6H2O
所生成的H+和(CH2)6N4H+可用NaOH标准溶液滴定,采用酚酞作指示剂。
2.写出尿素消化和NH4+强化的主要反应式,拟出尿素中含氮的质量分数计算公式。
答:
尿素消化:
CO(NH2)2 + 3H2SO4 =(NH4)2SO4+2SO2↑+2H20+CO2↑
NH4+强化:
4NH4++6HCHO=(CH2)6N4H++3H++6H2O
N%=[C(NaOH)×V(NaOH)×M(N)]÷[m(CO(NH)2×25.00/250.00)]×100%
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记录?
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,过量则偏低。
碱加过量了滴加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。
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NH4+被中和。
所用的碱偏多,从而滴定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。
⑵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?
⑴从浓硫酸滴瓶中取,滴瓶的滴管垂直,不伸进量筒。
⑵注意:
①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。
②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?
⑴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。
⑵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?
⑴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。
⑵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?
⑴不要打开表面皿,以免有试液溅出;
⑵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。
⑶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?
⑴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;
⑵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?
⑴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。
⑵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-1NH4Cl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。
⑴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。
⑵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NH4HCO3中的氮含量的方法(请同学回答)
⑴能否用甲醛法测定NH4HCO3中的氮含量;
⑵能否用酸碱滴定法直接测定NH4HCO3中的氮含量;