氨催化氧化制硝酸

氨催化氧化制硝酸（一） 實驗?zāi)康氖炀氄莆昭菔尽鞍贝呋趸葡跛帷睂嶒灥牟僮骷寄芰私庠搶嶒灢煌膸滋籽b置，提高對實驗裝置的選擇，評估和改進(jìn)能力。提高實驗研究的初步能力（二） 實驗用品錐形瓶、圓底燒瓶、雙孔附導(dǎo)管橡皮塞兩個、氣唧、反應(yīng)管、燒杯、石棉、重格酸銨、氨水、石蕊試液、酚歐試液、蒸餾水（三） 實驗原理4NH3+5q—4NO+6HO4NH3+4O2—2NO+6HO4NH3+3O2—2N2+6HO實驗裝置:（四）實驗步驟實驗一：氨的催化氧化（氨水：水=1：1）實驗操作實驗現(xiàn)象和討論1.連接裝置，并檢查氣密性在燒杯中裝水，浸沒導(dǎo)氣管口，用手捏氣唧，觀察燒杯中有氣泡冒出。松開手后，看到導(dǎo)氣管中有水柱。說明氣密性良好。2.用重格酸銨自制三氧化二格取一小勺重鉻酸銨，放在石棉網(wǎng)上用酒精燈灼燒，一分鐘即刻看到」有火星，桔紅色固體變?yōu)榕钏蔂罹G色固體，體積變大很多。反應(yīng)方程式：（NH）CrO加熱>N個+4HO+CrO42 27 2 2 23再繼續(xù)灼燒一會，除掉產(chǎn)物中混有的H2O和N2,提高催化活性。3.在反應(yīng)管一頭裝入適量石棉，再裝入適量的催化劑三氧化二格，再裝入適量石棉。催化劑要堵滿試管，使通過反應(yīng)管的氣體能從分接觸到催化劑，提高反應(yīng)效率。4.在錐形瓶中裝入約80ml氨水，和等量配制石蕊試液時，留出一半放入另一燒杯，作顏色

蒸餾水?；旌暇鶆颉醒b入配制好的是石蕊試液。連接好裝置。對比。5.點燃酒精燈，先加熱催化劑。先加熱催化劑，可以保證反應(yīng)瓶中的高溫環(huán)境，使通過的氣體可以立刻被催化反應(yīng)。催化劑受熱由草綠色變?yōu)榛液谏?，方可鼓氣。此時催化劑沒有發(fā)紅現(xiàn)象。6.開始捏氣唧鼓氣。鼓氣速度不宜過快，也不宜過慢。過快了會產(chǎn)生大量nh3,來不及反應(yīng)就通過反應(yīng)瓶，未反應(yīng)的NH3和圓底燒瓶中生成的少量HNO3反應(yīng)生成nh4no3，會看到白色的“云”。由于密度比其他氣體大，所以會看到白色的“云”沉在燒瓶底部，上層為紅棕色氣體。（在我們的實驗過程中，沒有出現(xiàn)這個現(xiàn)象）過慢，會導(dǎo)致空氣不足，不能保證有足夠的O2和NH3反應(yīng)。反應(yīng)無法進(jìn)行。7.觀察圓底燒瓶氣體顏色變化和燒杯中石蕊試液的顏色變化。反應(yīng)幾分鐘時間后，看到」圓底燒瓶中開始出現(xiàn)紅棕色氣體，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，顏色越來越濃。燒瓶中充滿紅棕色氣體后，才能看到」石蕊試液開始慢慢變色，最后變?yōu)榧t色。8.反應(yīng)一段時間后觀察催化劑看到反應(yīng)管中的催化劑出現(xiàn)了紅熱現(xiàn)象，說明反應(yīng)是放熱反應(yīng)。且催化劑為灰黑色。9.反應(yīng)結(jié)束先撤離裝石蕊的燒杯，在撤離酒精燈。防止倒吸。處理圓底燒瓶中的氣體時，應(yīng)該注意，NO和NO2均為有毒氣體，應(yīng)加水使其溶解。實驗二：噴泉實驗在試管中裝入少量的氨水，用氨水全部潤濕試管內(nèi)壁。用帶有導(dǎo)氣管的塞子塞緊，放入熱水中一段時間后，取出。將導(dǎo)氣管口伸入滴有酚酞的水中。看到水先是慢慢的吸入導(dǎo)氣管口，接著很快全部吸入試管中，且試管中的水變?yōu)榧t色。說明：驗證了氨氣在水中的溶解性極大，可以以任意比例混溶。滴有酚酞的水變紅，說明氨氣溶于水為堿性。以上為本節(jié)課所做的實驗及其現(xiàn)象分析。關(guān)于本實驗的一些討論：（查閱資料得知）該實驗的成功與否受到若干實驗條件的控制，如原料氣中氧和氨的比例、水蒸氣的影響、催化劑的制備、催化溫度的控制等等。鼓氣速度的影響對于鼓氣速度：（1） 鼓氣速度過快會從濃氨水中帶出過多的氨氣。而過量的氨氣會和生成啊。2或NO反應(yīng)形成含有硝酸銨或亞硝酸銨的白煙，而事實上大多數(shù)實驗失敗時確實出現(xiàn)了類似情況；（2） 若鼓氣速度過慢則帶出的氨氣偏少，未達(dá)到反應(yīng)所需的濃度。不但無法使催化劑保持紅熱狀態(tài)，也不利于NO的生成。通過多次實驗，設(shè)計了如圖實驗裝置對鼓氣速度進(jìn)行了初步研究，實驗數(shù)據(jù)見表。實驗鼓氣速度E分鐘）吸收植］吸收癇2叫前后淆）增重_（E）.前(g)后增重60171.86?172,0030.107162.9131629130475240167.61S167.736162.913049530162.226162336OALO162.913心9130473'490173313173.3280.115162.913162.9130489取質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為21%的濃氨水分別進(jìn)行以上實驗，其中鼓氣速度通過每分鐘按多少下打氣球進(jìn)行比較，用500mL的量筒來測量排出的水的體積。四次實驗均在相同的條件下進(jìn)行，鼓氣速度是唯一的變量。結(jié)論：從實驗數(shù)據(jù)不難看出，盡管鼓氣的速度不同而且相差較大，但單位體積的空氣能夠帶出的氨氣的量卻是基本不變的。顯然在一定的溫度和壓強(qiáng)下，一定濃度的氨水的揮發(fā)性是恒定的。這個實驗最終證明了氨水的揮發(fā)性即氨水的飽和蒸汽壓只跟溫度、濃度和壓強(qiáng)有關(guān)。盡管只是初步實驗，但是“氨氣催化氧化”實驗的成敗顯然與鼓氣的速度沒有直接的關(guān)系。當(dāng)然極端的快速或慢速鼓氣對實驗也會造成不利的影響。催化劑的選擇在反應(yīng)中，有水生成。如果催化劑表面吸附著水，催化劑就沒有活性，對氨的氧化無催化作用，另外，從化學(xué)平衡移動來講，催化劑上吸附著水，則可使反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行。（1） 用鉑石棉做催化劑鉗石棉疏松，易吸水份因此，不管是新的鉗石棉，還是回收的鉗石棉，都要把鉗石棉放八干燥的試管中加熱，以除去吸附的水分和其他氣體。干燥、活化的鉗石棉是使實驗成功的關(guān)鍵。鉗的催化效率比其他的催化試劑要快100倍，但是價格昂貴，所以不常使用。（2） 用三氧化二鉻做催化劑用重銘酸鉀加熱分解來制取，由于（NH）CrO加熱＞N個+4HO+CrO生成4227 2 2 23水，所以分解反應(yīng)結(jié)束后，還要繼續(xù)加熱一段時間，使其充分干燥，提高活性。這種新生態(tài)的三氧化二銘的表面活性大.催化能力強(qiáng)所以能使實驗得到較好的效果。（3） 用氧化鉆做催化劑將硝酸鉆加熱至分解，把得到的黑色氧化鉆粉末和約10倍質(zhì)量的石棉充分?jǐn)嚢杌旌?。也可將石棉浸泡在硝酸鉆溶液中，然后取出烘干、灼燒獲得。（4） 用氧化鐵做催化劑制成活性氧化鐵石棉用于催化。在氫氧化銨溶液中注入少量的氯化鐵即有氫氧化鐵沉淀產(chǎn)生，將其過濾、水洗后和石棉相混合，在加熱灼燒使其分解即可。此外，還可以選用銅絲、銀、四氧化三鐵、二氧化錳、氧化鐵等等。查閱文獻(xiàn)知道一些催化劑的比較:催化劑加熱時間催化劑發(fā)生的現(xiàn)象燒瓶中產(chǎn)生紅棕色程度石蕊試液變色情況Ag2min發(fā)紅半分鐘后出現(xiàn)紅棕色，淺1分鐘后變紅CoO ^-3 1min無現(xiàn)象15秒鐘后出現(xiàn)紅棕色，深半分鐘后變紅CrO ——1min明顯發(fā)紅15秒鐘后出現(xiàn)紅棕色，深半分鐘后變紅FeQ1min明顯發(fā)紅15秒鐘后出現(xiàn)紅棕色，深半分鐘后變紅MnO 2——2min發(fā)紅半分鐘后出現(xiàn)紅棕色，淺1分鐘后變紅Fe2O31min發(fā)紅半分鐘后出現(xiàn)紅棕色，淺1分鐘后變紅所以可以根據(jù)實際需要，選擇合適的催化劑。不同濃度氨水的影響不同濃度的氨水對于氨氣的產(chǎn)生的量和快慢有關(guān)，而反應(yīng)物是氨氣和氧氣，在理論上氧氣和氨氣的比例在1.8:1左右時，其NO的產(chǎn)率最高，該比值相當(dāng)于氨和空氣的混合氣體中氨的含量為10%左右。不能采用純氧，因為純氧和氨氣混合容易發(fā)生爆炸，而且采用純氧，對裝置的要求也會復(fù)雜。實驗改進(jìn)（1）實驗裝置改進(jìn)一上述裝置可以看到紅棕色的二氧化氮氣體在燒瓶中慢慢生成了，但是同時燒瓶內(nèi)卻凝結(jié)了大量的水蒸氣，使紅棕色看起來模模糊糊的。這主要是因為氨氣在氧化后生成了大量的水。水蒸氣的存在不僅不利于二氧化氮的觀察，而且會將其吸收形成硝酸酸霧。因此可將原有裝置做如圖3的改進(jìn)，在燃燒管和燒瓶中增加一個裝有無水氯化鈣的干燥管。在這里氯化鈣不但具有干燥的作用，還能吸收過量的氨氣，可以更加直接清晰地觀察到紅棕色的二氧化氮氣體。

新化鏘破璃棉屆化痢膠璃棉石蘊(yùn)溶液新化鏘破璃棉屆化痢膠璃棉石蘊(yùn)溶液(2)實驗裝置的改進(jìn)二用注射器收集70ml的O2后，再收集40ml的NH3,加熱(NH4)2Cr2O7得Cr2O3,并放入玻璃中部。玻璃管中部放適量Cr