Nr grupy	Nr zespołu	Nr ćw.	Temat ćwiczenia	Data wykonania
21 A	2	2	Badanie właściwości kwasu azotowego (V) oraz korozja stopów wywołana działaniem kwasu azotowego (V)	01.02.2010

1. Właściwości kwasu azotowego (V)

• bezbarwna ciecz

• gęstość : 1,52 g/cm³

• temperatura wrzenia: 84^oC

• na powietrzu dymi, ponieważ wydziela tlenki azotu

• w powietrzu występuje w znikomych ilościach. Przechodzi niego do gleby i tworzy azotany

• z wodą miesza się we wszystkich stosunkach tworząc hydraty

• światło przyspiesza rozkład kwasu azotowego, który następuje wg reakcji:

4 HNO₃ = 4 NO₂ + H₂O + O₂

• ma silne właściwości żrące i utleniające. W kontakcie ze skórą zachodzi reakcja ksantoproteinowa (pozostawia na niej żółte plamy).

• roztwarza prawie wszystkie metale oprócz złota i platynowców

• niektóre metale w kontakcie ze stężonym kwasem azotowym (V) ulegają pasywacji (żelazo, chrom, glin) dlatego są lepiej roztwarzane w rozcieńczonym niż stężonym kwasie

• niektóre niemetale także są utleniane przez kwas azotowy (V) - siarka do kwasu siarkowego, natomiast fosfor do kwasu fosforowego

• tworzy mieszaninę nitrującą po zmieszaniu z kwasem siarkowym

• tworzy wodę królewską po zmieszaniu z kwasem solnym

• kwas azotowy w przemyśle otrzymuje się metodą Ostwalda.

• zastosowanie: w farmacji, do produkcji nawozów sztucznych, do syntez w przemyśle chemicznym

2. Otrzymywanie kwasu azotowego (V) w przemyśle

Otrzymuje się go przez utlenianie amoniaku z zastosowaniem katalizatora platynowego. W wyniku tego procesu powstaję tlenek azotu (II) oraz woda.

4 NH₃ + 5 O₂ = 4 NO + 6 H₂O

Niestety w praktyce przebiegają również reakcje, które obniżają wydajność procesu:

* przy niedoborze tlenu: 4 NH₃ + 3 O₂ = 2 N₂ + 6 H₂O

* gdy amoniak przebija przez siatki platynowe: 4 NH₃ + 6 NO = 5 N₂ + 6 H₂O

Mieszankę amoniakalno-powietrzną umieszcza się w utleniaczu, gdzie ulega spalaniu. Gdy produkuje się kwas słaby tlenki dodatkowo utlenia się powietrzem i prowadzi do absorpcyjnych wież kwasowych. Następnie niezaabsorbowane tlenki umieszcza się w komorach lub wieżach alkalicznych, gdzie są pochłaniane przez roztwór węglanu sodowego. Straty produkcyjne stanowi reszta tlenków, których nie dało się zaabsorbować.

Gdy część par kwasu azotowego uległo wykropleniu w wieży suchej i usunięto resztki kwasu w chłodnicy solankowej, tlenki azotu umieszcza się w trójstopniowej wieży absorpcyjnej, intensywnie chłodzonej zimnym 98-100% kwasem azotowym, który absorbuje wykroplony N₂O₄. Tlenki zostają uwolnione w odgazowaczu i kwas wraca do obiegu. W chłodnicach wodnych i solankowych skrapla się czyste tlenki, z kwasem słabym miesza w mieszalniku kwasowym i przetłacza do autoklawu, do którego dostarczany jest tlen pod zwiększonym ciśnieniem.

Kiedy reakcja zostanie zakończona kwas z autoklawu zostaje przetłoczony do odgazowacza gdzie zostaje uwolniony od nadmiaru tlenków azotu.

3. Przygotowanie różno molowych roztworów kwasu azotowego (V)

a) Obliczenie ilości kwasu, którą należy pobrać do przygotowania dwóch roztworów wodnych kwasu azotowego (V) o stężeniach: 1,0 M oraz 0,1 M

M_HNO3 = 63 g/mol

C_p = 65%

d = 1,4 g/cm³

V_{r-u przygot.} = 250 cm³

1 mol - 63 g _HNO3 - 1000 cm³

x g _HNO3 - 250 cm³

65 g _HNO3 - 100 g _r-u

15,75 g _HNO3 - x' g _r-u

x' = 24,23 g

dla kwasu azotowego(V) ok.1.0 M

V₂ = 1,236cm³ dla kwasu azotowego(V) ok. 0,1 M

b) Pobranie obliczonej ilości kwasu pipetą miarową

c) Nalanie do kolbek miarowych o pojemności 250 cm³ około 5 ml wody destylowanej. Nastepnie umieszczenie w nich odmierzonej ilości kwasu azotowego (V) oraz dopełnienie kolbek wodą destylowaną do kreski.

4. Oznaczenie zawartości kwasu azotowego (V) w kolbkach - metoda pomiaru gęstości roztworu

Celem ćwiczenia jest oznaczenie zawartości procentowej kwasu azotowego (V) w badanych próbkach i przeliczenia go na zawartość molową.

Metoda ta polega na wykorzystaniu zależności pomiędzy zawartością HNO₃ w roztworach, a gęstością tych roztworów.

Jest to najszybsza metoda, ale najmniej dokładna.

Polega ona na pomiarze gęstości roztworu w danej temperaturze przy użyciu areometru i odczytaniu zawartości HNO₃ z tabeli1.

Wykonanie:

a) Nalanie badanego roztworu do cylindrów miarowych tak, aby możliwe było swobodne zanurzenie w nich areometrów

b) Zanurzenie areometrów w badanych roztworach

c) Odczytanie wartości gęstości poszczególnych roztworów

kwas azotowy (V) ok. 0,1 M:

gęstość zmierzona : 1,002 g/cm³

kwas azotowy (V) ok. 1,0 M:

gęstość zmierzona : 1,019 g/cm³

d) Oszacowanie zawartości procentowej kwasu w badanych próbkach na podstawie tabeli1

kwas azotowy (V) ok. 0,1 M:

poniżej 1%

kwas azotowy (V) ok. 1,0 M:

około 4%

e) Przeliczenie otrzymanych wyników na zawartość molową

5. Oznaczanie zawartości kwasu azotowego (V) metodą acydymetryczną

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie stężenia molowego badanego roztworu kwasu azotowego (V) z użyciem metody objętościowej. Jako titranta użyjemy mianowany roztwór zasady sodowej, a jako wskaźnika - oranżu metylowego.

Wykonanie:

a) Odmierzenie 25 cm³ badanego kwasu za pomocą pipety i umieszczenie go w kolbce stożkowej. Następnie dodanie kilku cm³ wody destylowanej i ok. 1 - 2 kropli oranżu metylowego (następuje zabarwienie roztworu na kolor czerwony).

b) Napełnienie biurety roztworem mianowanym NaOH dokładnie do zera na skali.

c) Miareczkowanie kwasu do momentu punktu końcowego czyli do zmiany zabarwienia roztworu z czerwonego na pomarańczowe (przemiareczkowany roztwór posiada zabarwienie żółte).

d) Zapisanie ilości zużytej zasady na miareczkowanie badanej próbki kwasu.

kwas azotowy (V) ok. 0,1 M:

C­_NaOH = 0,1 mol/dm³

V_NaOH:

• 34 cm³

• 33,5 cm³

• 33,5 cm³

• 33,25 cm³

• 33,6 cm³

kwas azotowy (V) ok. 1,0 M:

C_NaOH = 1 mol/dm³

V_NaOH:

• 32 cm^3­

• 31,5 cm³

• 31,8 cm³

• 31,5 cm³

• 31,7 cm³

e) Obliczenie zawartości kwasu azotowego w badanych próbkach

kwas azotowy (V) ok. 0,1 M:

V_{śred. NaOH} = (34 + 2 * 33,5 + 33,25 + 33,6) / 5 = 33,57 cm³

n_NaOH = C_NaOH * V_{śred. NaOH} = (0,1 * 33,57) / 1000 = 0,003357 mol

Kwas azotowy (V) z NaOH reaguje w stosunku 1:1

n_NaOH = n_HNO3 = 0,003357 mol

C_{mol HNO3} = n_HNO3 / 0,025 dm³ = 0,13428 mol/dm³

C_% = (C_mol * M * 100%) / d

C_% = (0,13428 * 63 * 100%) / (1,002 * 1000) = 0,8443 %

kwas azotowy (V) ok. 1,0 M:

V_{śred. NaOH} = (32 + 2 * 31,5 + 31,8 + 31,7) / 5 = 31,7 cm³

n_NaOH = C_NaOH * V_{śred. NaOH} = (1 * 31,7) / 1000 = 0,0317 mol

Kwas azotowy (V) z NaOH reaguje w stosunku 1:1

n_NaOH = n_HNO3 = 0,0317 mol

C_{mol HNO3} = n_HNO3 / 0,025 dm³ = 1,268 mol/dm³

C_% = (C_mol * M * 100%) / d

C_% = (1,268 * 63 * 100%) / (1,019 * 1000) = 7,8395 %

6. Obliczanie błędu z jakim dokonano obliczenia stężenia molowego (na podstawie gęstości w stosunku do stężenia molowego obliczonego na postawie miareczkowania) otrzymanych kwasów

Na podstawie gęstości

kwas azotowy (V) ok. 0,1 M:

C_{p I} = 1%

C_{mol I} = 0,15905 mol/dm³

kwas azotowy (V) ok. 1,0 M:

C_{p II} = 4%

C_{mol II} = 0,64698 mol/dm³

Na podstawie miareczkowania

kwas azotowy (V) ok. 0,1 M:

C_{p I} = 0,8443 %

C_{mol I} = 0,13428 mol/dm³

kwas azotowy (V) ok. 1,0 M:

C_{p II} = 7,8395 %

C_{mol II} = 1,268 mol/dm³

Obliczanie błędu

kwas azotowy (V) ok. 0,1 M:

kwas azotowy (V) ok. 1,0 M:

7. Analiza stopów

Próbka 1

a) Określenie koloru badanej próbki

kolor szary

b) Dodanie do próbki stopu 25% NaOH (na zimno)

stop nie roztwarza się

Dodanie aluminonu

Brak zmiany - nie jest to stop Al

c) Dodanie do próbki stopu 6-molowego CH₃COOH

Stop roztwarza się z wydzieleniem wodoru - jest to stop Mg lub Fe

Roztworzenie próbki stopu w 2-molowym HCl i dodanie kilku kropli

magnezonu

Brak zmiany zabarwienia - nie jest to stop Mg

d) Dodanie do próbki stopu stężonego HCl, ogrzewanie ok.1 min. i dodanie kropli

6-molowego HNO₃

Stop roztwarza się z wydzieleniem wodoru

Fe + 2 HCl = Fe²⁺ + 2 Cl^- + H₂

3 Fe²⁺ + 10 HNO₃ = 3 Fe³⁺ + 9 NO₃^- + NO + 2 H₂O + 6 H⁺

Dodanie NH₄SCN

Pojawienie się czerwonego zabarwienia - stop żelaza

Fe + 3 NH₄SCN = Fe(SCN)₃ + 3 NH⁴⁺

Próbka 2

a) Określenie koloru badanej próbki

kolor złocistożółty - stop miedzi

---