量气法测定火药中硝化甘油的质量分数

魏晗，付鹏，纪道成，肖友霖

（中国人民解放军32382部队，北京 100072）

火药是武器发射弹丸或推动火箭运动的主要能源，平时主要储存在仓库中，它的储存安全性直接关系到战时的使用。双基发射药的主溶剂有硝化甘油和硝化二乙二醇，它们起溶解硝化纤维素作用，同时也是一种主要的能量成分。因此，硝化甘油的质量分数直接影响着火药的储存性能，了解其在火药中变化情况可以及时指导火药的使用、保管和贮存。本文主要介绍使用量气法测定火药中硝化甘油质量分数的方法，并对试验结果进行分析[1]。

1 实验部分

1.1 实验原理

溶解在醋酸溶液中的硝化甘油在强酸介质中与过量的亚铁盐反应，使硝化甘油上的硝酸酯基（—ONO2）被还原为一氧化氮，测量一氧化氮的体积，即可计算出硝化甘油的质量分数[3]。反应方程式：C3H5(ONO2)3+9FeSO4+9HCl=C3H5(OH)3+3Fe2(SO4)3+3FeCl3+3H2O+3NO↑。反应所生成的一氧化氮，并不立即逸出反应液面，而是和溶液中过量的亚铁盐反应生成一种暗棕色的络合物亚硝基硫酸亚铁，加热分解，才放出一氧化氮气体。

1.2 实验特点

1）试验样品准备时间长。实验中用到的火药样品均需要经过粉碎，尽量粉碎成花片状或锯末状[4]，且提取火药中成分所用的时间较长：①花片状试样的提取时间为2 h；②锯末状试样的提取时间为4 h；③试验燃烧层厚度不大于0.16 mm的片状及环状药，提取时间为6 h；④试样燃烧层厚度不大于0.16 mm的片状、粒状药、球状药经试验后确定提取时间。

2）试验中试剂及仪器使用较多。配制的试剂：硫酸亚铁、质量分数25%的工业氢氧化钠、盐酸溶液（盐酸与水的体积比为1∶2）、体积分数为70%～75%的醋酸溶液。仪器：单线洗液管、容量瓶、置换筒、保温筒、温度计、托勺、量筒、刻度吸管、气压计、酒精灯、滴液漏斗、烧瓶、量气管、玻璃乳钵、胶头滴管。加热分解装置如图1所示。

图2 加热分解装置

3）试验时间长、步骤较多。试验过程主要分为试样提取和气体收集。

试样的提取：实验采用间接提取方式，使用带滤纸筒的套管，用乙醚进行提取，通过温水浴中进行加热，冷凝器进行冷凝[5]。

配比试样溶液：提取物中加入一定量的醋酸配出试样溶液。

提取的关键点：①整套装置连接处要进行较好的密封，否则乙醚会挥发掉；②提取管中乙醚的回流的次数每小时不少于8次，否则最终的实验结果会偏低；③试样的乙醚提取液必须将乙醚赶干净，否则将使结果偏高。

气体收集：第一，安装好加热分解装置，加入试验试剂，排除烧瓶中的空气。此步关键为整个装置不漏气，烧瓶中的空气排除干净。第二，加入试样溶液至烧瓶，通过醋酸和水进行洗涤漏斗，加热烧瓶进行气体收集。此步关键为洗涤漏斗时，绝不能使空气进入；收集气体时，打开导管夹时要缓慢，防止氢氧化钠回流至烧瓶和出气过猛而逸出气体。第三，将量气管放入置换筒中进行置换，读取气体体积数，记下此时保温筒水温和大气压力。此步关键为用量气管内的水洗涤管壁时，防止皮塞松动使空气进入；在管内凹液面与外液面同高时，迅速读出气体体积。

2 结果与讨论

2.1 试验中常见问题处理方法

2.1.1 提取中乙醚蒸干问题处理

试样的提取通过滤纸筒进行间接提取，烧杯内的乙醚往往会被蒸干。出现这种情况的原因和处理方法：①套管、冷凝器和烧杯连接处未能密封好。处理方法为采用胶头滴管在各连接处进行水封，观察蒸馏水是否流入仪器内，如果流入则说明仪器漏气。②冷凝器未发挥冷凝的作用。处理方法为观察冷凝器是否良好，冷凝水是否一直流动。③水浴锅内加热管变形，局部凸起和烧瓶直接接触，使样品加热、提取过于激烈。处理方法为避免加热管与烧瓶直接接触。

2.1.2 收集一氧化氮气体时常见问题处理

加热烧瓶后，打开导管夹的时机很重要，过早时氢氧化钠溶液会倒吸进烧瓶，过晚时气体压力太大，一氧化氮气态会逸出量气管。

处理方法：在导管中加入自动单向阀；条件有限，没有自动单向阀时，加热烧瓶后，当导管鼓大，缓慢打开夹子，观察导管内液面的流向，如果流向烧瓶，迅速关闭夹子，反之，则打开夹子。打开夹子要缓慢，防止出气过猛。

2.1.3 常见影响实验结果的因素

1）整个实验过程对装置的气密性要求非常高，漏气或进气都会使实验结果偏高或偏低，所以各个环节都要保证装置良好的气密性。烧瓶内排气要彻底，并且要防止烧瓶内排完气体后空气进入导管。

2）乙醚提取物中会混入少量的消化纤维素，在实验中会被硫酸亚铁还原为氧化氮，使实验测得的氮的含量有偏差，这无法避免，但提取物中乙醚未排干净，会使实验结果偏大。

3）在排除烧瓶中气体后，如吸入导管内的氢氧化钠液柱太短时，会使结果偏高。当量气管中收集的气体较多时，由于碱性液柱太短，酸性气体吸收不完全，会使结果偏高。

2.2 方法准确度

本文采用双芳-3和60方片两种不同的标准药进行了硝化甘油质量分数测定试验并进行计算[2]，试验结果和计算结果如表1所示。

表1 量气法测双芳-3和60方片中硝化甘油含量试验数据表

通过表1中硝化甘油质量分数可知，双芳-3中硝化甘油的质量分数在26%左右，60方片在40%左右，均在正常合理的范围内。

3 结束语

本文介绍了通过量气法测定火药中硝化甘油质量分数的实验过程，分析了该方法的特点，指出了测定过程中容易出现地问题，提出了相应的解决措施，最后通过实例验证了该方法的可行性，为测定火药中硝化甘油质量分数提供了重要参考。