Određivanje volumnog udjela kisika u zraku

Predstavljen je jednostavan i brz način za određivanje volumnog udjela kisika u zraku na temelju njegove reakcije s dušikovim monoksidom.

2NO(g) + O₂(g) = 2NO₂(g)                                 (1)

U pokusu je NO(g) dobiven reakcijom Fe²⁺ iona s NO^2- ionima (jednadžba 2), a zatim reagira s kisikom iz zraka. NO₂(g) koji je proizveden u tom procesu  topljiv je u vodi i reagira s njom (jednadžba 3).

Fe²⁺(aq) + NO₂^-(aq) + 2H⁺(aq) = Fe³⁺(aq) + NO(g) + H₂O(l)                (2)

2NO₂(aq) + H₂O(l) = HNO₃(aq) + HNO₂(aq)                         (3)

Reakcija prikazana jednadžbom 1 je završena, ako se potroši kisik ili NO. Mjerenjem volumena plina na početku i na kraju reakcije može se izračunati volumni udio kisika u zraku.

Pribor
Liquemin ampula (5 ml), stalak, skraćena plastična pipeta, dvije šprice od 1 mL i jedna od 5 mL,  marker.

Kemikalije
Zasićena otopina NaNO₂, otopina FeSO₄ (250 mg FeSO₄∙7H₂O u 5 mL HCl (15-20%))

Postupak

Korak 1

Prikupiti i provjeriti potrebni materijal.

Korak 2

Postavite bočicu s otopinom FeSO₄  na stalak. Otvorite je i potpuno napunite pipetu s otopinom.

Korak 3

Napunite jednu špricu s 1 ml zraka, a drugu s 0,2 ml zasićene otopine NaNO₂.
Zabodite iglu druge šprice u glavu pipete.
Pažljivo, "kap po kap", dodajte otopinu NaNO₂ da bi skupili plin (NO) u volumen od trećine glave pipete

Korak 4

Markerom označite razinu tekućine u pipeti.

Korak 5

Umetnite iglu druge šprice s 1 mL zraka u glavu pipete i polako ubacite zrak u pipetu.

Korak 6

Držite dvije šprice i tresite pipetu da bi osigurali odgovarajuće uvjete za otapanje stvorenog NO₂.

Nemojte predugo čekati.

Korak 7

Nakon toga, s drugom špricom, isisajte dio plina, dok  tekućina u glavi pipete ne dosegne označenu razinu.

Korak 8

Pročitajte volumen plina u šprici,
Zapišite volumen kao V_proč. i izračunajte kao što je objašnjeno kasnije

Korak 9

Uklonite plin NO usisavanjem u špricu koja sadrži 2 ml vode i 2 ml zraka.

Izračunavanje volumnog udjela kisika u zraku

Volumni udio kisika u zraku = (V_kisik/1 ml (zrak)) • 100 = V_kisik • 100

V_kisik = volumen kisika u 1 ml

Neka nam je nepoznati volumen NO u glavi pipete V_x. Volumen zraka je 1 mL. Dakle, ukupni volumen

V_ukup = V_x + 1 mL

Konačni volumen (V_konač) je zbroj volumena plina koji je označen markerom na glavi pipete (to znači V_x) i volumena plina koji je u šprici čija se vrijednost može pročitati s ljestvice na cilindru (V_proč ):

V_konač = V_x + V_proč

Dakle, ako netko zamjeni Vukup. i Vkonač., u V = Vukup. – Vkonač.

DV = (V_x + 1 mL) – (V_x +V_proč) 

Konačna jednadžba će biti

DV = 1 mL -V_proč

i sada: V_kisik = DV/3, što znači da se sadržaj kisika u zraku, određuje jednadžbom
volumni udio kisika u zraku = (1 ml – V_proč)/3
koji pomnožen sa 100 će dati postotak kisika u zraku.

Mjere opreza
Otopina FeSO₄•7H₂O u klorovodičnoj  kiselini je korozivna i treba biti prikupljena u bocu s kiselim otpadom ili bi trebala biti tretirana s bazom prije odlaganja u odvod s velikom količinom vode. Dušikov  monoksid je također korozivan i otrovan plin. Zbog tih svojstava, plin treba eliminirati usisavanjem u špricu od 5 ml u kojoj ima 2 ml vode i 2 ml zraka. Ovaj otpad može biti pomiješan s otopinom FeSO₄•7H₂O ili se baca u odvod zaliven s velikom količinom vode.