“氨的催化氧化”實驗設(shè)計與研究實驗報告

1、化學實驗教學研究實驗報告實驗項目“氨的催化氧化”實驗設(shè)計與研究實驗日期2016.9.23星期五上午口下午晚上姓名*學號同組人臺號大三臺3號實驗?zāi)康模?、通過氨的催化氧化實驗裝置的設(shè)計，進一步培養(yǎng)根據(jù)化學原理和客觀條件自行設(shè)計和安裝實驗裝置的能力。2、通過查閱文獻及對本實驗的探究過程進一步強化收集和處理信息、分析和歸納問題的能力，提高實驗操作技能。3、探討本實驗成功的條件、關(guān)鍵和操作技術(shù)。4、增強綠色環(huán)保意識。實驗原理：實驗教學目標：1、知識與技能：鞏固氨催化氧化的反應(yīng)原理，初步掌握氨催化氧化的實驗方法，了解工業(yè)法制硝酸的基礎(chǔ)。2、過程與方法：通過演示氨的催化氧化實驗，讓學生進一步鞏固氨的氧化性

2、質(zhì)，學會氨催化氧化的實驗方法，領(lǐng)悟探究性學習的方法。3、情感態(tài)度與價值觀：引發(fā)學生對化學實驗的興趣，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W思想，增強學生的綠色環(huán)保意識。,一定溫度和催化劑作用下，氨被催化氧化生成一氧化氮。一氧化氮不穩(wěn)定極易被空乙氧化生成二氧化氮，二氧化氮易溶于水生成硝酸和一氧化氮。若氨過量則會與生成的硝酸反應(yīng)生成硝酸?。从邪谉煯a(chǎn)生）。1、實驗中主要的反應(yīng)：崔化劑4NH3+5O24NO+6H2O+Q2NO+O2=2NO2+Q3NO2+H2O=2HNO3+NO+QNH3+HNO3=NH4NO32、實驗中可能出現(xiàn)的反應(yīng)：催化劑4NH3+4O22NO2+6H2O催化劑4NH3+3O22N2+6H2OA實

3、驗設(shè)計(或改進)思路：1、實驗成功條件：參與反應(yīng)的氨氣和氧氣的比例要適宜，反應(yīng)溫度的控制，適量的催化劑。2、實驗設(shè)計的思路和措施：(1)反應(yīng)物：如果用氣體制備法提供反應(yīng)所需的氨氣和氧氣，裝置設(shè)計會比較麻煩，且純氧實驗易發(fā)生爆炸，存在安全隱患，故選用氨水揮發(fā)和鼓氣的方式提供反應(yīng)所需的氨氣和氧氣。(2)發(fā)生裝置：本實驗是氣體和氣體的反應(yīng)，采用吹氣法。選用不同濃度的氨水提供反應(yīng)所需的NH3通過打氣球提供02初設(shè)一定濃度的氨水進行實驗，再根據(jù)實驗現(xiàn)象調(diào)整氨水的濃度，選擇最佳的氨水濃度以達到最佳的實驗效果。(3)反應(yīng)裝置：通過查閱資料可知，Cr2O3的催化效果較好，因此首先選擇Cr2O3作催化劑，為了達

4、到較好的催化效果，實驗中采用玻璃管裝催化劑，可避免試管只有一個出口而影響氣體回流以及降低與催化劑的接觸面積。另外催化劑溫度需要達到700C,因此采用三芯燈對玻璃管加熱。為了防止催化劑被氣體吹走，應(yīng)在出氣口端放一定量的玻璃棉，并用U形鐵絲進行固定。(4)收集裝置：本實驗生成的二氧化氮的密度比空氣大，故采用向上排空氣法收集。(5)尾氣處理裝置：本實驗的反應(yīng)物有氨氣，氨氣具有刺激性氣味，且生成的二氧化氮是有毒的其他，故要用NaOH§液吸收實驗中產(chǎn)生的尾氣，減少對大氣的污染。根據(jù)實驗原理，本實驗的條件中影響本實驗的主要因素是溫度、氨氣的量、氧氣的量、催化劑的種類，本次實驗我將探究氨氣的量與催

5、化劑的濃度這兩個因素對反應(yīng)的影響。3、影響實驗的主要因素：(1)氨水的濃度：若氨水濃度過大，實驗過程中會產(chǎn)生白煙；若氨水濃度過小，催化劑的紅熱現(xiàn)象不明顯，收集裝置中呈現(xiàn)的紅棕色不明顯。(2)氧氣的量：若氧氣不足，催化劑的紅熱程度即使再大也看不到紅棕色氣體的產(chǎn)生。(3)催化劑的種類(Cr2O3Fe2O3CuQ和用量(4)反應(yīng)的溫度(5)導管插入氨水的深度(6)鼓氣的時機和頻率4、在本實驗中，我們準備探究氨水的濃度和催化劑的種類對氨催化氧化實驗效果的影響。5、控制條件：氨水體積均取50ml?？刂茰囟?、氧氣的量(鼓氣頻率)為不變量，分別探究一定催化劑條件下，氨水的濃度(氨氣的量)對反應(yīng)的影響，確定氨

6、水的最佳濃度后再在一定氨水濃度下探究不同催化劑對反應(yīng)的影響。實驗研究的主要內(nèi)容：1、“氨的催化氧化”實驗裝置一體化設(shè)計。2、“氨的催化氧化”最佳條件探究。實驗研究方案及實驗記錄：1、實驗簡單的操作步驟：取研碎的重絡(luò)酸俊一藥匙集中堆放于干凈、干燥的燒杯(250ml)中，用一根玻璃棒在酒精燈上燒燙后插入重絡(luò)酸俊使與接觸的重絡(luò)酸俊分解，由于重絡(luò)酸俊分解要放出大量的熱，利用反應(yīng)熱使周圍的重絡(luò)酸俊也分解，最后得到疏松的顆粒狀Cr2O3催化劑(呈墨綠色)。首先在玻璃管出氣口端塞入適量的玻璃棉，然后放入U型鐵絲進行固定，最后用紙槽或藥匙往玻璃管中裝入Cr2O3催化劑。(注意：須填滿玻璃管直徑，催化劑的量達8

7、cm長度為宜。)以“V濃氨水(25%):V水=1:1”為基準，再根據(jù)實驗現(xiàn)象探索效果最好的比例值制催化為裝管催化劑）配置疑水預(yù)熱在鼓氣之前，先對玻璃管預(yù)熱3min左右。使用三芯燈進行加熱，通過觀察催化劑表面是否出現(xiàn)紅熱現(xiàn)象判斷是否達到反應(yīng)所需溫度檢測反應(yīng)溫度當鼓氣一兩次后催化劑表面出現(xiàn)紅熱現(xiàn)象，則加快鼓氣頻率（若實驗成功，一般在一分鐘以內(nèi)就能看到預(yù)期的實驗現(xiàn)象）。I鼓氣2、實驗裝置圖：3、實驗方案和實驗記錄：(1)以“V濃氨水(25%):V水=1:1”為初設(shè)比例，配置實驗所需用的氨水，氨水體積控制為50ml。用Cr2O3作催化劑，探究不同氨水濃度對實驗效果的影響。實驗記錄如表1所小。表1不同氨

8、水濃度卜的實驗現(xiàn)象比較(催化劑：Cr2O3)氨水濃度(V濃氨水(25%):V水)實驗現(xiàn)象白煙紅棕色氣體水催化劑的紅熱程度1:1一+2:3+3:2+6:5+(注：符號“+”表示該實驗現(xiàn)象出現(xiàn)，符號“-”表示該實驗現(xiàn)象未出現(xiàn)，符號的多少表示該實驗現(xiàn)象顯著的程度)(2)以最佳比例"V濃氨水(25%):V水=3:2”配置實驗所需氨水，氨水體積控制為50ml。探究/、同催化劑(Cr2O3Fe2O3CuO對實驗效果的影響。實驗記錄如表2所小。表2/、同催化劑下的實驗現(xiàn)象比較(V濃氨水(25%):V水=3:2)催化劑實驗現(xiàn)象白煙紅棕色氣體水催化劑的紅熱程度Cr2O3+Fe2O3+CuO+4、實驗的

9、結(jié)論(1)催化劑相同的情況下，采用“V濃氨水(25%):V水=3:2”的氨水比例產(chǎn)生的實驗效果最佳，生成的紅棕色氣體最多，催化劑的紅熱程度最大。(2)氨水濃度相同的情況下，采用Cr2O3作催化劑產(chǎn)生的實驗效果最佳，生成的紅棕色氣體最多，催化劑的紅熱程度最大。綜上：氨的催化氧化的最佳反應(yīng)條件是：“V濃氨水(25%):V水=3:2”的氨水濃度，催化劑采用三氧化二鎘。5、注意事項(1)防污染：氨氣具有強烈刺激性氣味，同時實驗過程中生成的二氧化氮氣體有毒，應(yīng)盡量避免吸入和排放到空氣中，實驗應(yīng)在通風條件下進行，并用堿進行中和吸收。(2)防爆炸：在裝催化劑時，不能填塞過緊，以防氣體不能通過玻璃管，管內(nèi)氣壓

10、過大，易引發(fā)炸裂。氨在空氣中的爆炸極限為15.5%-27%盡量不能用純氧進行實驗，否則有發(fā)生爆炸的危險。(3)防燙傷：實驗過程需要高溫，要防止燙傷。(4)整個裝置要求氣密性好，且所有儀器實驗前必須進行干燥。注意對儀器進行編號。(5)控制鼓氣的時機和頻率，防止催化劑在鼓氣時被吹跑。(6)注意催化劑的填裝：催化劑在玻璃管內(nèi)應(yīng)充滿2-3cm(三氧化二鎘8cm)的長度，不能留有縫隙，且松緊適度，不能過松或過緊。三氧化二鎘要進行回收。(7)一定不能盲目地做實驗，若實驗未出現(xiàn)預(yù)期的現(xiàn)象，要仔細從原理上進行分析，找出問題，重新探究。(8)應(yīng)適當增加洗氣裝置，以除去反應(yīng)氣體帶入的水蒸氣、未參加反應(yīng)的少量氨氣和

11、反應(yīng)產(chǎn)生的水蒸氣。問題與討論：1、當V濃氨水(25%):V水=2:3時，收集裝置和尾氣吸收裝置中產(chǎn)生了較多白煙。原因分析：可能是由于氨水濃度過小，較多的氨氣進入了收集裝置，氨氣溶于水形成硝酸，硝酸和氨氣反應(yīng)又生出硝酸俊，故產(chǎn)生大量的白煙。2、當V濃氨水(25%):V水=3:2時，生成的紅棕色氣體(即NO2和水最多，催化劑的紅熱程度最大，但產(chǎn)生了少量白煙。原因分析：此時氨氣和氧氣適量，反應(yīng)較完全，實驗效果良好。但可能由于鼓氣過早、過快，使多余的氨氣進入收集裝置，故有白煙生成(即硝酸俊)。3、當V濃氨水(25%):V水=1:1時，催化劑表面的紅熱現(xiàn)象明顯，但收集裝置中的紅棕色卻不太明顯。原因分析：(1)實驗過程中有水生成，二氧化氮易溶于水生成硝酸，從而不利于集氣瓶中紅棕色的觀察。故可在反應(yīng)裝置和收集裝置間加一個干燥裝置。(2)可能是氨水濃度過低或鼓氣速率不當。4、當用Fe2O邵口CuO故催化齊1J時，尾氣吸收裝置中均有白煙生產(chǎn)。原因分析：可能是鼓氣時機不當，導致