尿素中氮含量的测定.docx

尿素中氮含量的测定.docx

《尿素中氮含量的测定.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《尿素中氮含量的测定.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

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；