Лабораторная работа 4 Определение содержания азота в нефтепродукте методом Кьельдаля

Цель работы: определить содержание азота в нефтепродукте.

Оборудование: плитка электрическая с гнездами, обеспечивающая температуру нагрева до 500 °С; колбы Кьельдаля из стекла пирекс вместимостью 100 мл; насос водоструйный; колба-парообразователь вместимостью 2 000 – 3 000 мл; холодильник Либиха; кварцевая лодочка; конденсатор из стекла пирекс длиной 300 мм, диаметром 50 – 60 мм; колба для отгонки аммиака из стекла пирекс вместимостью 150 мл.

Реактивы: серная кислота плотностью 1,84 г/см³, гидроксид натрия, растворы 30 %-й и 0,01 М; глюкоза; сульфат меди; сульфат калия; селен металлический; перманганат калия, 0,1 М раствор; бийодат калия; индикатор Таширо (раствор 25 мг метилового красного и 83 мг метиленового синего в 100 мл этанола).

Сущность метода Кьельдаля для анализа нефти заклю­чается в разложении нефти (нефтепродукта) концентрированной серной кислотой плотностью 1,84 г/см³ с использованием в качестве катализатора селена в присутствии сульфата меди, сульфата калия и глюкозы и последующем окислении продуктов разло­жения 0,1 М раствором перманганата калия. При этом азот­содержащие соединения превращаются в сульфат аммония, который под действием на него щелочи разлагается с выделением аммиака:

катализатор

Нефть (нефтепродукт)  (NH₄)₂SО₄;

(NH₄)₂SО₄ + 2NaOH  2NH₃ + Na₂SО₄ + 2Н₂О

Далее аммиак количественно перегоняют с водяным паром в титрован­ный раствор бийодата калия

NH₃ + KIO₃ ∙ HIO₃  KIO₃ + NH₄IO₃

Порядок выполнения работы

Навеску нефти (нефтепродукта), взя­тую с точностью до 0,0002 г, помещают в кварцевую лодочку. Масса навески анализируемой нефти (нефтепродукта) зависит от предполагаемого содержания в ней азота:

Массовая доля азота, % до 0,5 0,5 – 1,0 1,0 – 2,0 > 2,0

Масса навески нефти

(нефтепродукта), мг 100 – 150 50 – 100 30 – 50 < 30

Кварцевую лодочку с анализируемой нефтью (нефте­продуктом) помещают в колбу Кьельдаля и добавляют в нее следующие реагенты:

H₂SО₄ 3 мл;

глюкозу 200 мг;

сульфат меди 40 мг;

сульфат калия 200 мг;

селен металлический 40 мг.

Собирают установку в соответствии со схемой, приведенной на рис. 5.5. Данная установка позволяет выполнять параллельно три анализа.

Колбы Кьельдаля с навеской нефти (нефтепродукта) и смесью реагентов ставят на закрытую электроплитку с гнез­дами и нагревают до полного разложения анализируемых проб, на что указывает обесцвечивание смеси в колбах. Разложение проводят при температуре 400…420 °С. Выделяющийся при раз­ложении газ (ядовитый селеноводород) отводится из колб Кьельдаля через газоотводную трубку, соединенную с водо­струйным насосом. По окончании процесса разложения колбы Кьельдаля охлаждают и в каждую колбу приливают в два приема по 2 мл окислителя – 0,1 М раствора перманганата калия. После добавления каждой порции окисли­теля реакционную смесь нагревают до появления светло-зеленой окраски. После добавления каждой новой порции окислителя колбы следует ставить на охлажденную плитку!

Рис. 5.5. Прибор для разложения навески нефти (нефтепродукта) при определении азота по методу Кьельдаля: 1 – электроплитка с гнездами; 2 – колбы Кьельдаля; 3 – газоотводная трубка; 4 – водо­струйный насос

Далее собирают прибор для отгонки аммиака в соответствии со схемой, приведенной на рис. 5.6, и делают предварительно холостой опыт. Перед отгонкой аммиака прибор пропаривают паром в течение 5 – 10 мин. Конденсат, собравшийся в колбе 2, титруют 0,01 М раствором NаОН в присутствии индикатора Таширо.

Анализ содержимого каждой колбы Кьельдаля проводят следующим образом. Для отгонки аммиака содержимое колбы Кьельдаля ко­личественно переносят в отгонную колбу (рис. 5.6) и добавляют в нее 10 – 15 мл 30 %-го раствора гидроксида натрия. Из отгонной колбы аммиак отгоняют с водяным паром в течение 7 – 10 мин в приемную колбу, содержащую 9 мл бийодата калия.

Рис. 5.6. Прибор для отгонки аммиака при определении азота по методу Кьельдаля: 1 – штатив; 2 – колба-приемник; 3 – холодильник; 4 – отгонная колба; 5 – конденсатор; 6 – стакан; 7 – воронка; 8 – парообразователь; 9 – газовая горелка (электроплитка)

Полученный в приемной колбе раствор кипятят в те­чение 1 мин для удаления СО₂ и в горячем состоянии титруют 0,01 М раствором гидроксида натрия в присутствии смешанного индикатора Таширо до изменения окраски раствора от фиолетовой до зеленой.

Индикатор Таширо готовят следующим образом. Бе­рут 100 мг метилового красного, 50 мг метиленового голубого и каждую навеску растворяют в 50 мл этилового спирта; за­тем оба раствора сливают вместе.

Массовую долю азота N (в %) рассчитывают по формуле

N = (а – б) K  0,14  100/С,

где а – количество 0,01 М раствора гидроксида натрия, израсходованное на титрование в холостом опыте, мл; б – количество 0,01 М раствора гидрокси­да натрия, израсходованное на титрование в опыте с анализируемой нефтью (нефтепродуктом), мл; K – поправка к титру 0,01 М раствора гидроксида натрия; 0,14 – фактор пересчета, равный количеству азота (в мг), соответствую­щему 1 мл 0,01 М раствора гидроксида натрия; С – масса навески анализируемой нефти (нефтепродукта), мг.

Содержание азота в анализируемой нефти (нефтепродукте) вычисляют как среднее арифметическое трех параллельных определений.