氨的催化氧化試驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究試驗(yàn)報(bào)告0001

1、7A 版優(yōu)質(zhì)實(shí)用文檔化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“氨的催化氧化”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究實(shí)驗(yàn)日期 2016.9.23 星期五上午下午晚上姓名 GG 學(xué)號(hào)同組人臺(tái)號(hào)大三臺(tái) 3 號(hào)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、通過氨的催化氧化實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)， 進(jìn)一步培養(yǎng)根據(jù)化學(xué)原理和客觀條 件自行設(shè)計(jì)和安裝實(shí)驗(yàn)裝置的能力。2、通過查閱文獻(xiàn)及對(duì)本實(shí)驗(yàn)的探究過 程進(jìn)一步強(qiáng)化收集和處理信息、 分析 和歸納問題的能力， 提高實(shí)驗(yàn)操作技 能。3、探討本實(shí)驗(yàn)成功的條件、 關(guān)鍵和操作 技術(shù)。4、增強(qiáng)綠色環(huán)保意識(shí)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)：1、 知識(shí)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(shí)驗(yàn)方法， 了解工業(yè)法制硝酸 的基礎(chǔ)。2、 過程與方法

2、： 通過演示氨的催化氧化實(shí)驗(yàn)， 讓學(xué) 生進(jìn)一步鞏固氨的氧化性質(zhì)， 學(xué)會(huì)氨催化氧化的 實(shí)驗(yàn)方法，領(lǐng)悟探究性學(xué)習(xí)的方法。3、 情感態(tài)度與價(jià)值觀：引發(fā)學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的興 趣，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思想， 增強(qiáng)學(xué)生的綠色 環(huán)保意識(shí)。7A 版優(yōu)質(zhì)實(shí)用文檔7A 版優(yōu)質(zhì)實(shí)用文檔實(shí)驗(yàn)原理： 在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)定極易被空氣 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(huì)與生成的硝酸反 應(yīng)生成硝酸銨（即有白煙產(chǎn)生） 。1、實(shí)驗(yàn)中主要的反應(yīng)：催化劑4NH 3+5O 24NO+6H 2O+Q2NO+O 2=2 NO 2+Q3NO 2 +H 2O=2HNO

3、3+NO+QNH 3+HNO 3=NH 4NO 32、實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的反應(yīng)：催化劑4NH3+4O22NO2+6H2O催化劑4NH3+3O22N2+6H2O7A 版優(yōu)質(zhì)實(shí)用文檔7A 版優(yōu)質(zhì)實(shí)用文檔實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（或改進(jìn)）思路：1、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(jì)會(huì)比較麻煩，且 純氧實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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 NH 3，通

4、過打氣球提供 O2。初設(shè)一定濃度的氨水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，再根據(jù)實(shí)驗(yàn) 現(xiàn)象調(diào)整氨水的濃度，選擇最佳的氨水濃度以達(dá)到最佳的實(shí)驗(yàn)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(dá)到較好的催化效果，實(shí)驗(yàn)中采用玻璃管裝催化劑，可避免試管只有一 個(gè)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(dá)到 700 ，因此采用三芯燈對(duì)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(jìn)行固定。（4）收集裝置：本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的反應(yīng)物有氨氣，

5、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 溶液吸收實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的尾氣，減少對(duì)大氣的污染。根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，本實(shí)驗(yàn)的條件中影響本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)我將探究氨氣的量與催化劑的濃度這兩個(gè)因素對(duì)反應(yīng)的影響。3、影響實(shí)驗(yàn)的主要因素 ：1）氨水的濃度：若氨水濃度過大，實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)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（ Cr2O3、Fe2O3、CuO ）和用量4）反應(yīng)的溫度5） 導(dǎo)管插入氨水的深度7A

6、版優(yōu)質(zhì)實(shí)用文檔6） 鼓氣的時(shí)機(jī)和頻率7A 版優(yōu)質(zhì)實(shí)用文檔實(shí)驗(yàn)研究的主要內(nèi)容：1、“氨的催化氧化”實(shí)驗(yàn)裝置一體化設(shè)計(jì)2、“氨的催化氧化”最佳條件探究。實(shí)驗(yàn)研究方案及實(shí)驗(yàn)記錄：1、實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單的操作步驟：制催化劑取研碎的重絡(luò)酸銨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)酸銨使與接觸的重絡(luò)酸銨分解，由于重絡(luò)酸 銨分解要放出大量的熱，利用反應(yīng)熱使周圍的重絡(luò)酸銨也分解，最后得到疏 松的顆粒狀 Cr2O3催化劑(呈墨綠色 )。2、7A 版優(yōu)質(zhì)實(shí)用文檔7A 版優(yōu)質(zhì)實(shí)用文檔3 、實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)記錄：1) 以“ V 濃氨水 (25%) ：V 水=1:1 “為初設(shè)比例

7、，配置實(shí)驗(yàn)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(duì)實(shí)驗(yàn)效果的影響。實(shí)驗(yàn)記錄如 表 1 所示。表1不同氨水濃度下的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象比較(催化劑： Cr2O3)氨水濃度實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(V 濃氨水 (25%) ：V 水 )白煙紅棕色氣體水催化劑的紅熱程度1:1+2:3+3:2+6:5+(注：符號(hào)“ + ”表示該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象出現(xiàn)，符號(hào)“ -”表示該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象未出現(xiàn)，符號(hào)的多少表 示該實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)所需氨水，氨水體積控制為 50ml 。 探究不同催化劑( Cr2O3、Fe2O3、CuO )對(duì)實(shí)驗(yàn)效

8、果的影響。實(shí)驗(yàn)記錄如表 2 所 示。表 2 不同催化劑下的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象比較 (V 濃氨水(25%) ： V 水 =3:2)4 、實(shí)驗(yàn)的結(jié)論實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象白煙紅棕色氣體水催化劑的紅熱程度+Cr2O3+Fe2O3+CuO+催化劑7A 版優(yōu)質(zhì)實(shí)用文檔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(shí)驗(yàn)效果7A 版優(yōu)質(zhì)實(shí)用文檔問題與討論：1、當(dāng) V濃氨水(25%)：V 水=2:3 時(shí)，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(jìn)入了收集裝置，氨氣溶于水形成硝酸，硝酸和氨氣 反應(yīng)又生出硝酸銨，故產(chǎn)生大量的白煙。2、當(dāng) V濃氨水

9、(25%)：V 水=3:2 時(shí)，生成的紅棕色氣體 (即 NO 2)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(shí)氨氣和氧氣適量，反應(yīng)較完全，實(shí)驗(yàn)效果良好。 但可能由于鼓氣過早、過快，使多余的氨氣進(jìn)入收集裝置，故有白煙生成(即硝酸銨)。3、當(dāng) V 濃氨水 (25%) ：V 水=1:1 時(shí)，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(shí)驗(yàn)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(gè)干燥裝置。 (2) 可能是氨水濃度 過低或鼓氣速率不當(dāng)。4、當(dāng)用 Fe2O3和CuO 做催化劑時(shí)，尾氣吸收裝置中均有白煙生產(chǎn)。原因分析：可能是鼓氣 時(shí)機(jī)不當(dāng)，導(dǎo)致過多氨氣進(jìn)入氫氧化鈉溶液，形成硝酸銨。參考文獻(xiàn)：1 劉 秀娟 ,王歌 云 . 探索 性實(shí)驗(yàn)教 學(xué)設(shè) 計(jì) :氨的 催化氧化 J. 江 西教育學(xué)院 學(xué) 報(bào),20GG,03:28-30.