Zespół nr 5 w składzie:	Sprawozdanie do ćwiczenia:	Data:	Ocena:
Paweł Fiedor	„Badanie właściwości kwasu azotowego oraz korozja stopów wywołana działaniem kwasu azotowego(V)”	14.03.2014r.

Wstęp teoretyczny:

HNO₃ jest nieorganicznym kwasem tlenowym o masie molowej 63,01$\frac{g}{\text{mol}}$ , oraz bardzo mocnym utleniaczem – właśnie dlatego może on roztwarzać metale będące w szeregu napięciowym przed wodorem. Dzieje się tak dla tego, że kwas powoduje utlenianie tych metali. W niektórych przypadkach(Al,Cr,Fe) powoduje to pasywacje metali i zahamowanie reakcji.

Sole kwasu azotowego(V) są bardzo silnymi utleniaczami. Dzięki czemu znalazły zastosowanie w pirotechnice. Przykładowo azotan(V) amonu a dokładniej jego mieszanina z paliwami organicznymi , pyłami metali lub paliwami stałymi(np. skrobia) klasyfikowana jest jako materiał wybuchowy kruszący a prędkość detonacji sięga w zależności od składu nawet do 3000m/s co stanowi ½ prędkości wybuchowej dynamitu. Zaś azotan(V) potasu stosowany jest jako utleniacz w procesie produkcji brochu czarnego.

Kwas azotowy(V) ma szczególne znaczenie w przemyśle zbrojeniowym, stosowany jest do wytrzażania wielu materiałów wybuchowych. Jest to skutkiem destabilizacji związków organicznych(szczególnie aromatycznych) w których strukturę wbudowane jest kilka grub nitrowych co wywołuje skłonność do wybuchowego rozkładu związku .

Wykożystywany był także w paliwach hipergolowych(2 składnikowych mieszaninach samozapłonowych) razem z hydrazyną dla radzieckich rakiet przeciwlotniczych typu S-200.

Służy także do produkcji nawozów sztucznych(ze względu na wysoką zawartość azotu), lakierów, barwników, tworzyw sztucznych oraz leków.

Kwas azotowy w dzisiejszych czasach otrzymuje się niemal wyłącznie metodą Ostwalda polegającą na katalitycznym spalaniu amoniaku. Katalizatorem w tym procesie jest stop platyny z rodem który zapewnia zwiększenie wytrzymałości drutów katalizatora. Powstały tlenek azotu(II) utleniany jest dalej do tlenku azotu(IV) który w reakcji z wodą daje mieszaninę kwasów azotowego(V) i azotowego(III).

4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O

2NO + O₂ → 2NO₂

2NO₂ + H₂O → HNO₃ + HNO₂

3HNO₂ → HNO₃ + 2NO + H₂O

Jednak tym sposobem nie otrzymamy stężonego kwasu. Powstały w ten sposób kwas musi zostać zatężony – tworzy on mieszaninę azeotropową, zatem destylacja będzie długotrwała i energochłonna. Znacznie lepszym wyjściem jest dalsze nasycanie powstałego kwasu tlenkiem azotu(IV).

Pary kwasu azotowego powodują poparzenia dróg oddechowych, z tego powodu wszelkie prace ze stężonym kwasem azotowym przeprowadzać należy pod dygestorium.

Literatura:

• Kwas azotowy (ang.). Karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich.

• Adam Bielański: Podstawy chemii nieorganicznej. Wyd. 5. Warszawa: PWN, 2002, s. 667-668.

• T. Urbański - Chemia i Technologia Materiałów Wybuchowych Tom 3 (Mon Warszawa 1955)

1. Przygotowanie roztworów kwasu azotowego(V) o stężeniach 0,15 oraz 0,7 [$\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$].

Nr r-ru HNO3	Zadanie stężenie [ $\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$]
1.	0,15
2.	0,7

Obliczenie ilości potrzebnej ilości kwasu azotowego(V):

Gęstość 65% HNO₃ wynosi :

1,3913$\frac{g}{\text{cm}^{3}}$.
100g kwasu zajmie zatem objętość :

$$\frac{100g}{\ 1,3913\frac{g}{\text{cm}^{3}}.} = 71,8752\text{cm}^{3}$$

Do sporządzenia 1dm³ roztworu nr 1. potrzeba 0,15mola kwasu. Sporządzamy 250cm³ roztworu, zatem potrzebujemy :

0, 25 * 0, 15 = 3, 75 * 10⁻²mol kwasu.

analogicznie dla r-ru nr 2. Potrzeba nam:

0,25*0,7=0,175mol kwasu.

W 71, 8752cm³ 65% HNO₃ znajduje się :

$\frac{65g}{63\frac{g}{\text{mol}}} = 1,032mol$ czystego kwasu,

V₁=$\frac{71,8752\text{cm}^{3}*3,75*10^{- 2}\text{mol}}{1,032mol\ } = 2,61\text{cm}^{3}$

V₂=$\frac{71,8752\text{cm}^{3}*0,175\text{mol}\text{\ \ }}{1,032mol\ } = 12,19\text{cm}^{3}$

Objętość 65% HNO3 zużyta do przygotowania r-ru.	Objętość przygotowanego roztworu
2,61cm^3	250cm^3
12,19cm^3	250cm^3

1. Oznaczanie zawartości kwasu azotowego (V) – metoda pomiaru gęstości roztworów.

Odczytane z aerometru i tabeli steżeń wartości wynoszą :

Nr r-ru HNO3	Zmierzona gęstość : [$\frac{g}{\text{cm}^{3}}$]	Stęzenie:
1.	1,007	2%
2.	1,024	5%

Obliczenie stężeń molowych na podstawie wskazań aerometru:

Roztwór 1:

100g r-ru o gęstosci 1,007$\frac{g}{\text{cm}^{3}}$ zajmuje objętość

$\frac{100g}{\ 1,007\frac{g}{\text{cm}^{3}}.} = 99,305\text{cm}^{3}$.

100g r-ru zawiera 2g kwasu czyli

$$\frac{2g}{\ 63\frac{g}{\text{mol}}.} = 3,175*10^{- 2}\text{mol}$$

W 99, 305cm³roztworu znajduje się 3, 175 * 10⁻²mol kwasu,
wynika z tego, że w 1dm³ jest 0,32mola kwasu.

Roztwór 2:

100g r-ru o gęstosci 1,024$\frac{g}{\text{cm}^{3}}$ zajmuje objętość

$\frac{100g}{\ 1,024\frac{g}{\text{cm}^{3}}.} = 97,656\text{cm}^{3}$.
100g r-ru zawiera 5g kwasu czyli

$$\frac{5g}{\ 63\frac{g}{\text{mol}}.} = 0,0794mol$$

W 97, 656cm³roztworu znajduje się 0, 0794mola kwasu,
wynika z tego, że w 1dm³ jest 0,813mola kwasu.

Nr r-ru HNO3	Obliczne stężenie molowe
1.	0,32mola
2.	0,813mola

1. Oznaczanie zawartości kwasu azotowego(V) metodą acydymetryczną.

Wyniki miareczkowania:

Nr pomiaru	R-ru HNO3 nr 1 [cm^3 NaOH]	R-ru HNO3 nr 2 [cm^3 NaOH]
1.	15,7	7
2.	15,7	6,9
3.	15,65	7

Obliczenie stężenia molowego w oparciu o średnie wyników miareczkowania:

C₁=cm³ NaOH * C_NaOH *100 =15, 6833cm³ * 0,1$\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$ *100 =0,1568 $\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$

C₂=cm³ NaOH * C_NaOH *100 =6, 9667cm³ * 1$\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$ *100 =0,6967$\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$

Nr r-ru HNO3	Stosowane stężenie NaOH	Średni wynik miareczkowania	Oznaczone stężenia HNO3	Stosowany wskaźnik
1.	0,1M	15, 68cm^3	0,1568[ $\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$]	Oranż metylowy
2.	1M	6, 97cm^3	0,6967[ $\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$]	Oranż metylowy

1. Wyznaczenie błędu metody pomiaru gęstości w stosunku do metody miareczkowania.

Błąd bezwzględny metody określimy ze wzoru:

$$C = |1 - \frac{\text{Cx}}{\text{Cy}}|*100\%$$

Gdzie Cx i Cy to stezenia wyliczone odpowiednio z pomiaru gestosci i miareczowania.

Dla stężenia teoretycznego 0,15$\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$:

$$C = |1 - \frac{0,32}{0,1568}|*100\% = 104\%$$

Dla stężenia teoretycznego 0,7$\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{3}}$:

$$C = |1 - \frac{0,813}{0,6967}|*100\% = 16,7\%$$

1. Analiza stopów.

Próbka z oznaczona literą A, kolor szary, metaliczny.

1. Roztwarza się w 25% NaOH z wydzieleniem gazu.

2. Po dodaniu aluminionu powstaje czerwony(kłaczkowaty) osad.

3. Wniosek : Był to stop glinu.

Zachodzące reakcje:

ad. a. 2Al + 3NaOH + 6H₂O -> 2NaAl(OH)₄ + 3H₂

Próbka z oznaczona literą B, kolor szary, metaliczny.

1. Nie roztwarza się w 25% NaOH.

2. Nie roztwarza się w 6M kwasie octowym.

3. Roztwarza się w mieszaninie stężonego HCl z kroplą 6M HNO₃.

4. Dodanie rodanku amonu spowodowało zabarwienie na kolor czerwony.

5. Wniosek: Był to stop żelaza.

Zachodzące reakcje:

ad. c. I) Fe + 2HCl = Fe²⁺ + 2Cl^- + H₂ II) 3Fe²⁺ + 10HNO₃ = 3Fe³⁺ + NO + 9NO₃^- +6 H⁺ + 2H₂O

ad. d. Fe³⁺ + 3NH₄SCN = Fe(SCN)₃ + 3NH⁴⁺

Wnioski ogólne:

1. Aerometr jest mało dokładny przy pomiarze gęstości roztworów rozcieńczonych. Jego dokładność rośnie wraz ze wzrostem stężenia. Jest jednak bardzo dobrym sposobem orientacyjnego ustalenia stężenia badanej substancji szczególnie przy doborze titrantu.

2. Miareczkowanie jest bardzo dokładnym sposobem oznaczania zawartości niektórych związków chemicznych w roztworach.

3. Kwas azotowy posiada silne właściwości utleniające. Potrafi utlenić np. żelazo z II na III stopień utlenienia.