土壤肥料学综合实验.doc

成 绩：

生命科学与技术学院

实验实践报告

课程名称： 土壤肥料学实验
年级、专业： 2010设施农业科学与工程
学 号：
姓 名：
指导教师：
实验日期： 2010.11.23

实验路线

摇匀
取样
0.5g 加浓H2SO4 3ml

250ml三角瓶

继续加热至大量白烟
加热至无剧烈气泡冒出
瓶上插短颈漏斗
煮沸至气泡逸出完 电炉加热

改用NaOH标准液滴定
用NaOH溶液滴定至中点
冷却
加入30ml水 加2滴甲基红

摇匀 静置5min
溶液呈橙黄色
加水至总体积为100ml

加入20ml甲基红和7滴酚酞

NaOH标准液滴定至浅红色

实验名称：
同组人：
一、实验目的要求
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
尿素用H2SO4加热分解，生成(NH4)2SO4。多余的H2SO4被中和后，在中性水溶液中，NH4+与甲醛反应生成六亚基四胺和等摩尔的酸，
4NH4+＋6HCHO＝（CH2)6N4＋4H+＋6H2O
反应生成的酸，用标准NaOH溶液滴定，间接计算出试样中的总氮量。由于反应生成的（CH2）6N4是弱碱（K6=1.4×10-9），因此，滴定时应选用酚酞为指示剂。此外，甲醛中常含有少量因被空气氧化而生成的甲酸，因此在使用前，必须先以酚酞为指示剂，用NaOH中和，否则产生误差。
尿素消化：CO(NH2)2  +  3H2SO4  = （NH4）2SO4 + 2SO2 ↑+ 2H20 + CO2↑
三、实验用品（材料、试剂、仪器用具等）
1、仪器、设备:分析天平；电炉；三角瓶250mL；碱式滴定管50mL；
2、试剂:
1. 浓H2SO4（ρ=1.84g·cm-3）；
2. 甲基红指示剂：0.1g甲基红溶于100mL水中；
3. 氢氧化钠溶液［ρ(NaOH)=300g·L-1：称取30gNaOH，溶于水中，稀释至100mL；
4. 氢氧化钠标准溶液［c(NaOH)=0.5mol·L-1］：
⑴ 配制 将NaOH配制成饱和溶液，注入塑料容器中，密闭放置至溶液清亮，使用前用塑料管虹吸上层清液。
　　⑵ 氢氧化钠［c（NaOH）=0.5mol·L-1］标准溶液的标定：称取经105～110℃烘至恒重的基准苯二甲酸氢钾3g（准至0.0002g）。溶于80mL不含CO2的水中，加1%酚酞指示剂，用配好的NaOH标准溶液滴定至溶液呈粉红色与标准色相同。同时做空白实验。
计算： c（NaOH）=
式中：c（NaOH）——氢氧化钠标准溶液浓度，mol·L-1；
m——苯二甲酸氢钾的质量，g；
V1——滴定时消耗用NaOH溶液的体积，mL；
V2——空白试验消耗用NaOH溶液的体积，ml；
204.2——KHC8H4O4的摩尔质量，g·mol-1。
5. 甲醛溶液［ρ（HCHO）=250g·L-1］：量取68mL370g·L-1甲醛（二级，甲醇含量不大于10g·L-1，必要时须再蒸馏），加酚酞指示剂2滴，用［c（NaOH）=0.5mol·L-1］溶液调节至溶液变为微红色，加水至100mL。

四、实验内容
称取试样0.5g（准至0.0002 g），置于250mL三角瓶中，用少量水冲洗粘附在瓶壁上的尿素，加入浓H2SO4（ρ=1.84）3mL，摇匀。瓶上插短颈漏斗，置通风橱内电炉石棉网上，缓缓加热至无剧烈CO2气泡逸出，增温煮沸至CO2逸尽；继续加热至产生大量白烟时停止加热。取下三角瓶，冷却后用水冲洗漏斗内外壁，加30mL水，冷却。加甲基红指示剂2滴于三角瓶中，用NaOH溶液中和至接近终点时，改用NaOH标准溶液，直至溶液呈橙黄色。加水总体积为100mL～120mL，加入20mL甲醛溶液和7滴酚酞指示剂，摇匀，静止5min。在不低于20℃条件下，用氢氧化钠标准溶液滴定至浅红色，经1min不消失为终点。同时做空白实验。
结果计算
N%＝×100
式中：ω（N）——试样中氮的质量分数，%；
V——滴定试样耗用NaOH标准溶液的体积，mL；
10-3—将ml换算成L的系数；
m——试样质量，g；
14.01——氮的摩尔质量，g·moL。
五、实验结果
(1)已知:C=0.50.5mol·L-1 m=0.5kg
试管号
1
2
3
4
5
所用NaOH的量
34.8ml
35.2ml
34.2ml
35.8ml
35.4ml
利用公式: N%＝×100 计算得
N%1 ×100=48.72%
N%2 ×100=49.28%
N%3 ×100=47.88%
N%4 ×100=50.12%
N%5 ×100=49.56%
平均值的计算： =（X1+X2+X3+……+Xn）/ n = =49.112
即平均N%=49.112% 所以样品中测得总氮含量为49.112% .
标准偏差计算：

在excel 中将上述数据输入 插入公式“=STDEV(N1;N2;N3;N4;N5)= 0.853885

六、问题与讨论
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.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。
3.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.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-1 NH4Cl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.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、实验改进思考
其它测定氮含量的方法
    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。