氨氧化法制備硝酸

1、實(shí)驗(yàn)1：氨的催化氧化制硝酸氨的催化氧化實(shí)驗(yàn)是工業(yè)制硝酸的基礎(chǔ)，重要且難度大、成功率較低，研究并設(shè)計(jì)好本實(shí)驗(yàn)對(duì)培養(yǎng)教師的創(chuàng)新素質(zhì)、提高實(shí)驗(yàn)研究、改進(jìn)能力大有裨益。【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 設(shè)計(jì)出氨催化氧化演示實(shí)驗(yàn)的合理裝置。2. 研究并選擇適合中學(xué)實(shí)驗(yàn)條件的催化劑。3. 掌握本實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵和操作技術(shù)?！驹O(shè)計(jì)內(nèi)容和要求】1. 結(jié)合自己教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)?shù)貙W(xué)校實(shí)驗(yàn)條件，設(shè)計(jì)兩種氨氧化演示實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)易裝置，并畫出實(shí)驗(yàn)裝置圖、簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)。2. 選擇三種催化劑進(jìn)行氨的催化氧化對(duì)比實(shí)驗(yàn)，尋找合適催化劑。3. 對(duì)氨水濃度、鼓氣速度及裝置的簡(jiǎn)化做一些對(duì)比實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究。【研究和討論】1. 本實(shí)驗(yàn)成功的標(biāo)志是什么

2、？2. 總結(jié)本實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵和操作技術(shù)。3. 可以作本實(shí)驗(yàn)的催化劑有哪些？結(jié)合你校實(shí)驗(yàn)條件何種催化劑易得效果又好？4. 本實(shí)驗(yàn)易出現(xiàn)那些異常現(xiàn)象？如何防止并消除？【參考資料】1. 催化劑的選擇與制備通過對(duì)部分過渡元素及A、A族幾種元素的氧化物、單質(zhì)共16種物質(zhì)作催化劑進(jìn)行大量、重復(fù)的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：Cr203、Mn02、Cu0、Fe203、V2O5、鈷石棉、銀石棉、鉑石棉、銅絲等都可以作本實(shí)驗(yàn)的催化劑，其中尤以價(jià)格低廉而又易得的Cr203、Mn02、Cu0的效果最佳。三氧化二鉻的制備：將重鉻酸銨晶體少許放入干燥的試管底部加熱分解可得到疏松的三氧化二鉻。其反應(yīng)是：銀石棉的制備：將石棉絨放入硝酸銀溶液中

3、浸透，取出后擠去多余的溶液，烘干、灼燒即得銀石棉。鈷石棉的制備：用石棉絨浸透硝酸鈷溶液，烘干、灼燒即得。或用硝酸鈷加熱分解得到黑色氧化鈷粉末，再與少許干燥的石棉絨均勻混合即得?；钚源呋瘎┑闹苽洌喝×蠲涸鼮檩d體，用飽和的重鉻酸銨溶液浸透，放入蒸發(fā)皿中烘干，再充分焙燒即得三氧化二鉻為主的催化劑(因煤渣里已含有少量三氧化二鐵等具有催化活性的組分)。還可將飽和高錳酸鉀溶液吸附在粒狀煤渣載體上，烘干、焙燒至無(wú)氧氣放出，再用水洗至濾液不呈堿性，再烘干即得二氧化錳為主的活性催化劑。2. 催化管的選擇與催化劑的裝填大量的實(shí)驗(yàn)研究表明，本實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵是氨、氧混合氣體與熱的催化劑充分接觸。由于催化劑大多數(shù)是粉

4、末狀的，如果催化劑填充太緊，反應(yīng)混合氣體難以通過，致使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯；如果填充太松，特別是有較大空隙時(shí)，將有一部分氨、氧混和氣體末與催化劑接觸，而導(dǎo)致生成白煙。所以催化管宜細(xì)不宜粗，內(nèi)經(jīng)為5mm左右較為適宜。粉末狀催化劑按圖1-1進(jìn)行裝填：如圖A所示，用一根鐵絲將少量玻璃纖維推入催化管中部，再如圖B所示，將催化管插入盛粉末狀催化劑的試劑瓶?jī)?nèi)，使催化劑進(jìn)入催化管1.5cm左右，然后如圖C所示，將催化管倒過來(lái)，輕輕敲催化管，使催化劑疏松地粘在玻璃纖維上。不能先把催化劑裝入催化管，再用鐵絲把玻璃纖維推入，這樣裝填的催化劑太緊而不疏松。實(shí)驗(yàn)證明，以顆粒狀的催化劑效果好。對(duì)于粉末太細(xì)的催化劑(如Fe20

5、3等)，則應(yīng)先粘附在玻璃纖維上，再用鐵絲推入催化管內(nèi)。內(nèi)徑大于6mm的催化管，要在催化劑兩邊放玻璃纖維或棉花，使催化劑與催化管內(nèi)壁不留空隙。3.實(shí)驗(yàn)方案的選擇(1) 純氧對(duì)氨的氧化方法一：實(shí)驗(yàn)裝置如圖1-2。主要操作步驟：用塑料袋收集氧氣，在長(zhǎng)約15cm內(nèi)徑4mm的玻管內(nèi)疏松地填入Cr203或Mn02、Cu0連接好實(shí)驗(yàn)裝置。用酒精燈加熱催化劑，待輕輕擠壓塑料袋使催化劑發(fā)紅時(shí)(大約半分鐘左右)，移開酒精燈，繼續(xù)鼓氣, 催化劑保持紅熱，并立刻見到紅棕色氣體。用濃磷酸(或濃硫酸)洗滌反應(yīng)后的氣體，既可防止白霧產(chǎn)生，使紅棕色現(xiàn)象明顯可靠，又可提高對(duì)氨水濃度的適應(yīng)范圍。濃磷酸(或濃硫酸)在此既為氣體的干

6、燥劑，又是未被氧化的氨氣的吸收劑。由于吸收了多余的氨，所以氨水濃度大些花時(shí)少，且NO2的紅棕色出現(xiàn)得快。至于鼓氣速度，則對(duì)該實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響不大，只要注意輕輕擠壓塑料袋不使催化劑受氣流沖擊而移位即可。洗氣裝置最好用內(nèi)徑為810mm的玻管彎成U形管。濃磷酸(或濃硫酸)的量不宜多，只能按圖1-2所示的與U形管上沿相切，否則鼓氣時(shí)會(huì)把濃磷酸(或濃硫酸)壓出U形管。方法二：實(shí)驗(yàn)裝置如圖1-3。主要操作步驟：在一塑料袋內(nèi)收集氨、氧混合氣體，使VO2VNH3。按圖連接好裝置。加熱催化劑至輕輕擠壓塑料袋催化劑發(fā)紅時(shí)，移去酒精燈，催化劑仍保持紅熱，把試劑瓶套在玻管口部，立刻見到紅棕色氣體。氨、氧混合氣體的收集及體

7、積比的控制：方法1用KClO3和MnO2混和加熱，先收集大半袋02，再加熱濃氨水至塑料袋充滿。方法2將28的氨水與30的過氧化氫以23的體積比注入錐形瓶?jī)?nèi)。再加少量Mn02作催化劑，按圖1-4的裝置收集氨、氧混和氣體，由于過氧化氫的分解反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，收集時(shí)應(yīng)注意安全。應(yīng)使用口徑稍大的乳膠管和導(dǎo)氣管，收集前要檢查導(dǎo)氣管是否暢通。另外，氨水和過氧化氫的用量應(yīng)盡可能少些。一般6mL氨水和 9 mL過氧化氫產(chǎn)生的混和氣體可做810次實(shí)驗(yàn)，足夠個(gè)班的演示。(2)空氣對(duì)氨的氧化實(shí)驗(yàn)裝置如圖1-5主要操作步驟：用試管夾夾住催化管4，在酒精燈上加熱催化劑至鼓入空氣催化劑發(fā)紅(約半分鐘)。繼續(xù)鼓入空氣，并

8、將催化管插入平底燒瓶，催化劑仍維持紅熱，瓶?jī)?nèi)立即出現(xiàn)紅棕色氣體。加入少量含石蕊試液的蒸餾水，石蕊變紅。其他參考裝置如圖1-6、圖1-7。主要操作步驟：取內(nèi)徑815mm、長(zhǎng)15cm左右的硬質(zhì)玻管為反應(yīng)管，在其中部約2cm范圍裝滿以煤渣為載體的活性催化劑、或新制Cr203、顆粒狀的Mn02 (或Cu0)，兩側(cè)塞以玻璃纖維或耐火棉，按圖連接好裝置。將酒精燈焰預(yù)熱催化管后集中加熱催化劑3040秒鐘，緩慢鼓入空氣，待催化劑發(fā)紅時(shí)移開酒精燈，加快鼓氣速度，催化劑繼續(xù)紅熱，氧化瓶中出現(xiàn)紅棕色氣體。氨水濃度要適宜，濃了氧化不完全,會(huì)產(chǎn)生白煙；稀了由于氧化產(chǎn)物少，催化劑紅熱現(xiàn)象不明顯，紅棕色的現(xiàn)象不易觀察到。氨水濃度要根據(jù)室溫高低加以調(diào)節(jié)，當(dāng)氨水濃度和室溫接近如下關(guān)系時(shí)，可使實(shí)驗(yàn)獲得滿意效果。室溫() 0 5 10 15 20 25 30氨水()27 24 21 18 15 12 9鼓入空氣的速度要適當(dāng)，一般是先慢慢鼓氣，待催化劑開始紅熱，移開酒精燈時(shí)適當(dāng)加快。鼓氣時(shí)用拇指按住洗耳球底部氣孔輕輕擠壓洗耳球，移開拇指時(shí)用另一只手的拇指和食指捏緊連接洗耳球的乳膠管，以防倒吸。氨氧化產(chǎn)物導(dǎo)入接收器的時(shí)間要控制好。如果在實(shí)驗(yàn)前先把導(dǎo)管插入接收器中