Получение аммонийной селитры

Приборы, оборудование, материалы и реактивы:

ü установка для получения аммонийной селитры: магнитная мешалка с одновременным нагревом и поддержанием температуры, водяная баня, фторопластовый стакан емкостью 0,5 л, термометр, капельная воронка объемом 100 мл, обратный холодильник;

ü фарфоровая чашка для выпаривания;

ü электронные весы;

ü мерные цилиндры на 25, 50 мл, пипетка на 10 мл, мерная колба на 250 мл, бюретки.

ü растворы: азотной кислоты (40–50 %-й), водного аммиака (25 %-й), NaOH (0,1 н), формалина (40 %);

ü индикаторы: фенолфталеин, универсальная индикаторная бумага.

Выполнение работы.

Перед началом работы проверяют концентрацию азотной кислоты и аммиака. Для этого их растворы осторожно наливают в цилиндры и при помощи ареометров определяют плотность. Затем по справочнику находят процентное содержание азотной кислоты и аммиака в этих растворах.

По уравнению реакции 4 в зависимости от заданного преподавателем количества и концентрации HNO₃ рассчитывают необходимое для ее нейтрализации количество водного аммиака.

Для получения аммонийной селитры используют лабораторную установку, схема которой представлена на рис. 3.

Мерным цилиндром отмеряют количество азотной кислоты и помещают ее в реактор 1. Включают магнитную мешалку 3, пускают холодную воду в рубашку обратного холодильника 5. В капельную воронку 4 заливают отмеренное мерным цилиндром рассчитанное количество 25 % раствора аммиака, которое приливают в реактор 1 порциями по 5 мл каждые 5 минут. Процесс нейтрализации сопровождается повышением температуры. В момент приливания аммиака контролируют изменение температуры термометром 6. Во время опыта с помощью индикаторной бумаги контролируют рН раствора в реакторе. При достижении значения рН 7–8 опыт заканчивают.

Далее раствор аммонийной селитры переливают в предварительно взвешенную фарфоровую чашку и упаривают воду из раствора на установке, изображенной на рис.4. Упаривание проводят при перемешивании в интервале температур 70–100 °С.

После упаривания проводят сушку аммонийной селитры в сушильном шкафу при температуре 60–80 °С в течение 1,5–2 часов.

После охлаждения аммонийной селитры взвешивают чашку и, высчитав массу полученной селитры, определяют ее выход в процентах, сравнивая полученный результат с теоретическим значением

Далее определяют содержание в (%) аммонийного азота в экспериментально полученной соли NH₄NO₃ и гранулированном удобрении по методике, описанной в пункте 3.2.

Рис. 3. Установка для получения аммонийной селитры:

1 – реактор; 2 – водяное охлаждение; 3 – магнитная мешалка; 4 – капельная воронка; 5 – обратный холодильник; 6 – спиртовый термометр

Рис.4. Установка для упаривания аммонийной селитры:

1 – чашка для упаривания; 2 – магнитная мешалка с нагревом и поддержанием температуры; 3 – регулятор скорости вращения мешалки

Количество нитрата аммония (г) – максимально возможное, которое можно получить, определяют по формуле:

, (1)

где 80 и 63 – молярные массы NH₄NO₃ и HNO₃, г/моль;

V – объём HNO₃, взятой на образование аммонийной селитры, см³;

ρ – плотность HNO₃, г/см³;

w – содержание HNO₃ в растворе, долях единицы.

3.2. Определение содержания NH₄NO₃ [4]

В аммонийной селитре азот содержится в аммонийной и нитратной формах, поэтому анализ на содержание азота проводят по двум составляющим на NH₄⁺ и NO₃^-. Азот, находящийся в удобрении в виде NH₄⁺, определяют простым и удобным формальдегидным методом – в одну операцию – титрованием. Однако при наличии в нитрате аммония примесей сульфата или хлорида аммония или других аммонийных солей они также включаются в определяемое количество азота. Поэтому, наряду с определением в нитрате аммония аммонийного азота по формальдегидному методу необходимо также установить содержание в нем нитратного или общего азота. Определение общего количества азота можно осуществить путем восстановления нитрата активными металлами (сплавом Деварда) или раствором хлорида железа (II).

Лабораторная работа ограничивается определением аммонийного азота формальдегидным методом.

При взаимодействии формальдегида с нитратом аммония образуется гексаметилентетраамин С₆Н₁₂N₄ (уротропин) с выделением эквивалентного количества соответствующей кислоты в свободном состоянии:

4NH₄NO₃ + 6HCOH = С₆Н₁₂N₄ + 4HNO₃ + 6H₂O. 10

Выделившуюся кислоту оттитровывают раствором гидроксида натрия в присутствии фенолфталеина.

Химизм процесса указывает на недопустимость содержания в соли в качестве примесей кислот и соединений, реагирующих с выделяющейся кислотой, например, карбонатов. В первом случае получатся завышенные результаты, во втором заниженные, например:

(NH₄)₂СO₃ + 6HCOH = С₆Н₁₂N₄ + 2H₂СO₃ + 6H₂O. 11

Заниженные результаты получаются в результате разложения образующейся H₂СO₃ на оксид углерода (IV) и воду (в присутствии сильных кислот). Во избежание этого применяют раствор формальдегида, предварительно нейтрализованный раствором щелочи в присутствии фенолфталеина.

Выполнение работы.

Соль NH₄NO₃ ~ 2 г, взвешивают на аналитических весах, количественно переносят в мерную колбу емкостью 250 мл, смывая соль через воронку дистиллированной водой, доводят объем раствора в колбе водой до метки. Содержимое колбы тщательно перемешивают. Далее соль оставляют на время, в течение которого проводят нейтрализацию формальдегида.

Раствор 40%-го формальдегида (формалина) предварительно нейтрализуют для удаления примеси муравьиной кислоты. Для этого цилиндром отбирают 20 мл формалина, переносят в коническую колбу емкостью 250 мл, прибавляют 50 мл дистиллированной воды, три капли фенолфталеина и нейтрализуют 0,1 н раствором NaOH до появления слабо-малинового окрашивания.

Из приготовленного раствора соли отбирают пипеткой пробу объемом 10 мл и переносят ее в коническую колбу емкостью 250 мл с нейтрализованным раствором формалина. Добавляют три капли фенолфталеина и перемешивают в течение двух минут, после чего оттитровывают выделившуюся кислоту 0,1 н раствором NaOH до появления слабо-малиновой окраски.

Обработка результатов.

Содержание NH₄NO₃ в пробе в (%) вычисляют по формуле:

(2)

где – объем 0,1 н раствора NaOH, пошедшего на титрование, см³;

– объем приготовленного раствора селитры, 250 см³;

– объем аликвоты, 10 см³;

– титр NH₄NO₃ по 0,1н раствору NaOH, 0,008 г/см³;

– масса аммонийной селитры, 2 г;

– массовая доля воды, % (определяется для гранулированной аммонийной селитры в лабораторной работе «Классификация и свойства минеральных удобрений»).

Содержание аммонийного азота в (%) в NH₄NO₃ вычисляют по формуле:

(3)

где – нормальная концентрация NaOH, моль/дм³;

14,007 – молярная масса эквивалента азота, г/моль.

На основе значения (%) делают заключение о содержании основного вещества в полученной экспериментально и гранулированной аммонийных селитрах.

Полученное значение (%) сравнивают с теоретическим.

3.3. Определение массовой доли воды, гранулометрического состава и статической прочности гранул аммонийной селитры