príprava kys. dusičnej a trihydrogenboritej

LABORATÓRNE CVIČENIA Z ANORGANICKEJ CHÉMIE

Katedra Anorganickej Chémie Prírodovedeckej fakulty UPJŠ v Košiciach

Šk. rok / sem.

2007/2008

Meno

Jaroslav
Mandzák

Odovzdané
dňa

16.03.2008

Ročník

prvý

Kombinácia

chémia

Cvičenie dňa

11.03.2008

Prevzal

Štud. skupina

Názov úlohy

Príprava kyseliny dusičnej a stanovenie jej koncentrácie
Príprava kyseliny trihydrogenboritej

PRINCÍP:

Kyselina dusičná je silná kyselina, ktorá je však slabšia ako kyselina sírová, preto táto je schopná ju
vytláčať z jej solí. V laboratóriu sa pripravuje vytesňovaním

KNO3 alebo NaNC>3 pomocou

kyseliny sírovej

H2SO4 a následnou destiláciou. Reakcia prebieha v dvoch stupňoch. Pri teplote

80-90°C prebieha reakcia
KN0

3(s)+2H2S04(aq) → KHS04. H2S04(aq) + HN03(aq)

Ďalším zahrievaním pri teplote 115-130°C vzniknutá podvojná soľ ďalej pôsobí na

KNO3 podľa

reakcie:
KNOs(s) + KHS0

4.H2S04(aq) → 2KHS04(s) + HN03(aq) Sumárna reakcia má tvar:

KN0

3(s) + H2S04(aq) → KHS04(s) + HN03(aq)

Kyselina trihydrogenboritá je veľmi slabá jednosýtna kyselina (pK

a = 9.19). Jej ionizáciu vo vode

môžeme popísať rovnicou:

H3B03(aq) + 2 H20(l) → [B(OH)

4](aq) +H30

+(aq)

Pripravíme ju pôsobením silnej kyseliny HC1 na jej sodnú soľ Na

2[B405(OH)4]. 8H20. Táto je

niekedy uvádzaná ako dekahydrát Na2B

4

O7.10H2O, tento vzorec je však potrebné považovať za

empirický, nakoľko nezodpovedá jeho štruktúre. Reakcia prípravy je:

Na

2[B405(OH)4].8H20(ag) + 2 HCl(aq) → 4 H3B03(s) + 2 NaCl(aq) + 5 H20(l)

Na izoláciu produktu využijeme rozdielnu rozpustnosť produktov reakcie (menšia rozpustnosť

H3BO3 oproti NaCl pri nízkych teplotách - pozri krivky rozpustnosti) a na zvýšenie výťažnosti

využijeme výrazne klesajúcu rozpustnosť H3BO3 s klesajúcou teplotou.

SCHÉMA:

50

40

30

20

10

0

POMOCKY:

chemické : Dusičnan draselný, KN0

3 Kyselina sírová, w(H2S04) = 0,96, 5 M roztok NaOH

pripravený roztok HN0

3 destilovaná voda fenolftaleín, borax, dekahydrát tetraboritanu disodného,

Na

2B4O7.10H2O Kyselina chlorovodíková, w(HCl) = 0,36

technické : varná banka so zábrusom, Liebigov chladič, teplomer, destilačná predloha, kahan,
kadičky, byreta, titračná banka, pipeta

POSTUP:

Príprava kyseliny dusičnej

1. Reakciu vykonáme v destilačnej aparatúre . Do 250 ml varnej banky so zábrusom dáme 20

g KNO3, prípadne znečistený zábrus očistíme a potom ho jemne namažeme tukom. Banku
zachytíme lapákom a umiestnime ho na pieskový kúpeľ. Na banku pripojíme Liebigov
chladič. Ako chladiace médium použijeme vodu z vodovodu.

2. Oddestilovanú kyselinu budeme zachytávať do predlohy (suchej kužeľovej banky). Teplotu

počas destilácie kontrolujeme s teplomerom s rozsahom aspoň do 150°C.

3. Vypočítaný objem kyseliny sírovej zriedenej v pomere 1:1 a v 30 % nadbytku (potrebný na

dosiahnutie dobrého výťažku) pridáme po zostavení aparatúry pomocou lievika s dlhou
stopkou. Dbáme o to, aby sme kyselinou neznečistili zábrus. Po skontrolovaní aparatúry si
nasadíme ochranný obličajový štit, zapálime kahan a zmes pomaly zohrievame na
pieskovom kúpeli.

4. Sledujeme teplotu na teplomeri. Po ukončení destilácie alebo v prípade, ak v banke začnú

vznikať hnedé plyny, ukončíme zahrievanie. KHSO4 vo varnej banke stuhne. Ak ho chceme
izolovať, rozpustíme ho v teplej vode, prefiltrujeme a zahustíme ku kryštalizácii.

5. Hustotu získanej HNO3 určíme pyknometricky. Z určenej hustoty pomocou tabuliek určíme

jej koncentráciu v hmotnostných percentách. Pri teplote 80-90°C vyvíjajúce sa pary HN0

3

sú bezfarebné. Pri zvýšení teploty sa rozkladá, uvoľňujú sa hnedočervené pary NO2

Stanovenie koncentrácie kyseliny dusičnej termometrickou a acidobázickou titráciou:

1. Byretu naplníme 5 M roztokom NaOH a titračnú banku presne 10 ml pripraveného roztoku

HNO3, 10 ml dest. vody a niekoľkými kvapkami fenolftaleínu.

2. Roztok NaOH pridávame po 1 ml apo každom prídavku meriame teplotu titrovaného

roztoku. Údaje o spotrebe titračného činidla (roztok NaOH) ako aj zaznamenané teploty
zapisujeme.

3. Meranie ukončíme zistením bodu ekvivalencie (farebná zmena roztoku, konštantná teplota).
4. Výpočtom stanovíme koncentráciu pripravenej kyseliny dusičnej a porovnáme výsledky

meraní, ktoré získame jednotlivými metódami.

Príprava kyseliny trihydrogenboritej

1. Vypočítame množstvo boraxu potrebného na prípravu 5g H3BO3. Vypočítané množstvo

rozpustíme v kadičke v takom objeme teplej vody, aby vznikol nasýtený roztok H3BO3 pri
60°C. Rozpustnosť si zistime buď numericky (extrapoláciou alebo interpoláciou) alebo
graficky z krivky rozpustnosti. Pri výpočte potrebného objemu vody vezmite do úvahy aj
množstvo vody vznikajúce pri reakcii, množstvo vody, ktoré do reakcie vstupuje vo forme
kryštalohydrátu a v použitej HC1, ako aj množstvo vody potrebnej na udržanie NaCl v
roztoku pri konečnej teplote kryštalizácie.

2. Do tohto roztoku potom pridávame vypočítané množstvo 36 % HC1 za stáleho miešania.
3. Ukončenie reakcie, to je zreagovanie celého množstva bóraxu, indikuje mierne kyslá

reakcia roztoku na univerzálny pH papierik. V prípade potreby ešte pridáme HC1 do vzniku
žiadanej reakcie.

4. Potom roztok ochladíme a vylúčený bezfarebný jemne kryštalický prášok H3BO3

odsajeme. Produkt sušíme pri teplote 105°C, po vysušení zvážime a vypočítame výťažnosť.

VÝPOČTY:

m  KNO

3  = 20g



1=

m

M⋅

=

20g

101,103 mol.dm

−

3 .1

=

0,1978 mol

m H

2 SO 4 ,= . M .=0,1978 .98,079 . 1=19,4 g

m H

2 SO 4 , w =0,96 =

19,4 g

0,96

=

20,2 g

V  H

2 SO 4=

m



=

20,20 g

1,8355 g /cm

3 =11 cm

3

11cm

330 =14,306cm3

HNO

3

=

m

2−m1

m3−m1

=

21,183 g−8,140 g
18,311 g−8,140 g

=

1,282 g.cm

−

3

spotreba odmerneho roztoku NaOH =22,4 cm

3

c  HNO

3=

c  NaOH . V  NaOH 

V  HNO

3 

=

5 mol.dm

−

3 .0,0224dm3

0,01 dm

3

=

11,2 mol.dm

−

3

m x  HNO

3 =c . V . M =11,2 M . 0,01 dm

3 .63,01mol.dm−3=7,057 g

m100  HNO

3 , 10ml=m2− m1=21,183 g −8,140 g =13,043 g

w  HNO

3 =

m x  HNO

3 

m100  HNO

3 , 10 ml 

=

7,057 g

13,043 g

=

0,5410=54,1 

m100 HNO3=. M . =0,1978. 63,0128 .1=12,46 g

m HNO3 , pripr.=V  HNO3 , pripr..  HNO3 , pripr.=16 cm

3 .1,282 g.cm−3=20,512 g

m HNO

3, teoret.=



. . M

w  HNO3

=

23,031 g

relativny vytazok : RV =

PV
TV

=

20,512 g

23,031 g

=

0,89=89 

m H

3 BO3=5 g

=

m

M . 

=

5 g

61,833 g.mol

−

1 . 4

=

0,0202 mol

mborax =. . M =0,0202 mol . 1. 367,1 g.mol

−

1=7,703 g

s 60° C =15,4 g H

3 BO3 na 100g vody

w nas. rozt. H

3 BO3 =

15,4 g

115,4 g

=

0,133

mnas. rozt. H

3 BO3 =

5 g

0,133

=

37,59 g

m H

2 O celk.= 37,59 g −5 g=32,59 g

m H

2 O R = .  . M = 0,0202 . 5.18,015 =1,82 g

m H

2 O borax=0,0202 . 10. 18,015=3,64 g

m H 2OHCl=m36 HCl −m100  HCl=4,091−1,473=2,618 g

m H 2OHClm H 2 Oborax−m H 2OR=4,438 g

m H

2 O =32,59 g− 4,438 g = 28,152 g , kt. je treba pridat

m H

3 BO3 , pripr.=3,613 g

RV =

PV
TV

=

3,613 g

5 g

=

0,7226=72,26 

ZÁVER:

Hustota pripravenej kyseliny dusičnej bola 1,282 g.cm-3 , koncentrácia pripravenej kyseliny
dusičnej bola 11,2 M, hmotnostý zlomok pripravenej kyseliny dusičnej bol 54, 1 %,
relatívny výťažok reakcie bol 89%.

Hmotnosť pripravenej kyseliny trihydrogenboritej bola 3,613 g , relatívny výťažok reakcie
bol 72,26%.