《氨的催化氧化》由会员分享，可在线阅读，更多相关《氨的催化氧化（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验目的：1）通过氨的催化氧化实验装置的设计，进 步培 养根据化学原理和客观条件自行设计和安装实验 装置的能力。2）通过查阅文献及对本实验的探究过程强化收集 和处理信息、分析和归纳问题的能力。3）探讨本实验成功的条件、关键和操作技术。4）增强绿色环保意识。实验教学目标：知识与技能：1）了解氨的催化氧化反应的原理；2）能准确描述氨的催化氧化反应的实验 现象；3）熟练仪器的连接和使用。 过程与方法：1）通过对实验最佳反应条件的探究，巩固 掌握简单比较法；2）在对实验的探究过程中，培养学生思 考、分析、解决问题的能力。情感态度与价值观：1）增强学生的环保意识。实验原理：1.实验中主要的反应：催化剂4
2、NH + 5 O = = 4NO + 6H O + Q3222NO +O = 2NO + Q2 23NO + HO =2HN0 + NO + Q2 23NH + HNO = NH NO33432.实验中可能出现的反应：（当氧气量不足时，可能会发生）4NH + 4 O = = 2NO + 6H O3 2224NH + 3 O = 2N + 6HO3222实验设计思路：总探究思路：采用简单比较法探究氨催化氧化的最佳条件。设计思路：氨水的浓度及用量、催化剂的种类和用量，第一个洗气瓶中导管伸入液面的深度、 温度等因素都是影响探究效果的因素。在本实验中，重点探究氨水的浓度、催化剂的种类对 实验的影响。因
3、此在实验过程中控制氨水的总体积为50ml，加热时间3min，导管伸入液面的 深度不变。先探究氨水的浓度对实验效果的影响，得到最佳实验效果后固定氨水的浓度探究 催化剂的种类对效果的影响，最后得出氨的催化氧化的最佳条件。探究的因素及水平如下:氨水的浓度V （氨水）：V（水）加热时间催化剂 种类实验指标1:13minCr O2 31催化剂是否有明显红 热现象2.是否有红棕色气体 产生。3玻璃管内是否有小 水滴2： 3FeO2 34： 5FeO-3实验装置图:实验装置设计依据：（1）反应的原理：该反应是氨气、氧气和催化剂在较高温度下进行的气体和固体之间的反 应，我们需要从以下几个方面考虑从而来设计整个
4、实验：a）反应物的制备： 浓氨水具有挥发性，会挥发出氨气，故可以利用其性质来制备氨气； 经查阅资料可知，氨气在空气中的爆炸极限是 15.5 %27%，在纯氧中的爆炸极限是 13.5%79%，含氧量越高，极限范围扩大，越容易爆炸，故我们在此尽量不用纯氧来进行 实验，而是采用一个双联打气球，通过不断的挤压来鼓入空气； 优点：装置简单，操作简便；同时在鼓入的过程中还可以增加氨气的逸出速度。b）反应条件： 反应需在较高温度下进行，普通的酒精灯满足不了要求，故我们在此采用的是铜质三 芯酒精灯； 反应需要在催化剂的作用下进行，为了使气态的氨气和氧气与固态的催化剂充分接触， 我们把催化剂装在硬质玻璃管内。
5、优点：硬质玻璃管常用来进行气体和固体的反应，和普通试管相比具有以下优点：第 一比普通试管更耐高温；第二，两端开口更有利于气体的流通。c）生成物： NO是红棕色有刺鼻气味的气体，同时是一种大气污染物，因此应该用碱液进行吸收，2 同时由于气体的流通速度比较快，故可能有一部分氨气没有反应就直接逸出，又因为 氨气极易溶于水，故碱液中的的水是可以对氨气进行吸收的。综合以上两个因素，我们 可以选用NaOH溶液来对尾气进行处理。实验研究的主要内容：1）“氨的催化氧化”实验装置一体化设计。2）“氨的催化氧化”最佳条件的探究。实验研究方案及实验记录：仪器：双联打气球、洗气瓶（3个）、铁架台、50mL量筒、250
6、ml烧杯、电子秤、三芯酒 精灯、胶管、玻璃棒、硬质玻璃管，直角导管，玻璃棉、铁丝；药品：浓氨水（25%28%）、蒸馏水、NaOH （lmol/L）、Fe O3、CuO、（NH ） Cr O24 227实验内容：（一）实验操作步骤：制备催化剂催化剂的填装搭建实验 装置配置50ml 定浓度的氨水丿点燃三芯酒精灯，进行实验J（二）实验装置图:（三）实验内容及数据记录：（1）氨水浓度的影响在硬质玻璃管中加入8-10cm的Cr O作为催化剂，保证催化剂的加热时间不变23（3min）,分别取50mL不同比例的氨水进行实验，观察实验效果，对比探索氨催化氧化 中选用氨水浓度的最佳比例。数据记录如下：氨水浓度V
7、（氨水）：V（水）加热时间催化 剂催化 剂的 红执 八、现象红棕 色气体白烟实验分析1： 23minCr2O3+催化剂的红热现象不明显，也只有微弱 的红棕色，但出现大量白烟，可能是氨水的浓度偏 低，并且鼓气太早造成的，故接下来增 大氨水的浓度进行实验2:3+/+催化剂的红热现象明显，且有较多的白 烟产生，推测原因鼓气的速度太慢。1:1+/催化剂红热现象明显，也有较多的红棕 色气体，几乎无白烟，是比较理想的实 验效果。接下来继续增大氨水的浓度， 验证该条件是否是最佳条件。3:2+/+红热现象明显，无红棕色气体，有大量 的白烟产生，推测原因氨水的浓度太大。（2）催化剂种类对实验的影响在硬质玻璃管中
8、分别加入2-3cm的氧化铁和氧化铜作为催化剂，然后取50mL的2:3浓 度的氨水，催化剂加热时间3min,探究出实验的最佳催化剂。催化 剂种 类加热 时间氨水的浓度 V（氨水）：V（水）催化剂的红 热现象红棕 色 气体白 烟备注Cr2O33min1： 1+/Fe2O3+/在实验过程中洗气瓶中出现了明 显的红色，可能是一部分催化剂被 气流吹进了装置内。CuO+催化剂只有微弱的红热现象，也有 少量的红棕色气体，但产生大量的 白烟，可能是因为鼓入气体的时间 较早或加热时间稍短。实验结论：在V （氨水）：V （水）为1： 1，加热时间为3min的情况下使用Cr O做催化剂的23效果要较Fe O，CuO
9、的效果好。23问题与讨论：在利用氧化铜做催化剂进行实验时，第一次无任何实验现象，即催化剂无红热，也无红 棕色气体产生，当时认为是实验完全失败了，故又重新填装焙干后的催化剂进行实验，出现 了微弱的红热现象，产生少量的红棕色气体。现认为可能有以下两个原因：氧化铜的颗粒太 细，气体无法流通；加热时间稍短，没有达到催化剂的活性温度。 改进：将氧化铜和玻璃棉拌匀，增大接触面积来进行实验；将加热时间改为5min左右。因为在实验过程中，实验室内的换气设施打开，周围 空气流动速度较快。实验注意事项：1.氨气在空气中的爆炸极限为15.5%27%，在纯氧中的爆炸极限是13.5%79%,含氧量越 高，极限范围扩大，
10、越容易爆炸，故我们在此尽量不用纯氧来进行实验，否则有发生爆炸的 危险。2实验条件为高温，在实验过程中应防止烫伤。3注意催化剂的制备和填装。在制备Cr2O3时，不要用玻璃棒搅拌，否则会使催化剂的粒度 太细，不利于气体的流通。同时用Fe2O3、CuO做催化剂时需提前烘干药品中的水分，用量 也应当适当减少。4. 控制鼓气的时机和频率十分重要，加热3min后先缓慢的鼓入空气，观察到催化剂有5. 硬质玻璃管的右端用铁丝固定，防止催化剂被吹跑。6插入氨水的导气管应伸入液面下，且同组实验中保持伸入的深度一致参考文献：1 卢一卉化学实验教学研究（讲义）M 西南大学化学化工学院化学教育教研室，20072 刘桂林.氨的催化氧化实验探讨J.枣庄师专学报，1989,04:81-84.3 张婉佳，李燕红，曾庆旺.氨催化氧化演示实验的探究J.化学教育,2012,10:62-64.
