“氨的催化氧化”实验设计与研究实验报告.docx

《化学实验教学研究》实验报告
实验项目“氨的催化氧化”实验设计与研究
实验日期 星期五上午□下午■晚上■
姓名** 学号同组人台号大三台3号
实验目的:
通过氨的催化氧化实验装置的设计,进一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。
通过查阅文献及对本实验的探究过程进一步强化收集和处理信息、分析和归纳问题的能力,提高实验操作技能。
探讨本实验成功的条件、关键和操作技术。
增强绿色环保意识。
实验教学目标:
知识与技能:巩固氨催化氧化的反应原理,初步掌握氨催化氧化的实验方法,了解工业法制硝酸的基础。
过程与方法:通过演示氨的催化氧化实验,让学生进一步巩固氨的氧化性质,学会氨催化氧化的实验方法,领悟探究性学习的方法。
情感态度与价值观:引发学生对化学实验的兴趣,培养学生严谨的科学思想,增强学生的绿色环保意识。
实验原理:
在一定温度和催化剂作用下,氨被催化氧化生成一氧化氮。一氧化氮不稳定极易被空气氧化生成二氧化氮,二氧化氮易溶于水生成硝酸和一氧化氮。若氨过量则会与生成的硝酸反应生成硝酸铵(即有白烟产生)。
实验中主要的反应:
催化剂
4NH3+5O2 4NO+6H2O+Q
2NO+O2=2 NO2+Q
3NO2+H2O=2HNO3+NO+Q
NH3+HNO3=NH4NO3
实验中可能出现的反应:
催化剂
4NH3+4O2 2NO2+6H2O
催化剂
4NH3+3O2 2N2+6H2O
实验设计(或改进)思路:
实验成功条件:参与反应的氨气和氧气的比例要适宜,反应温度的控制,适量的催化剂。
实验设计的思路和措施:
反应物:如果用气体制备法提供反应所需的氨气和氧气,装置设计会比较麻烦,且纯氧实验易发生爆炸,存在安全隐患,故选用氨水挥发和鼓气的方式提供反应所需的氨气和氧气。
发生装置:本实验是气体和气体的反应,采用吹气法。选用不同浓度的氨水提供反应所需的NH3,通过打气球提供O2。初设一定浓度的氨水进行实验,再根据实验现象调整氨水的浓度,选择最佳的氨水浓度以达到最佳的实验效果。
反应装置:通过查阅资料可知,Cr2O3的催化效果较好,因此首先选择Cr2O3作催化剂,为了达到较好的催化效果,实验中采用玻璃管装催化剂,可避免试管只有一个出口而影响气体回流以及降低与催化剂的接触面积。另外催化剂温度需要达到700℃,因此采用三芯灯对玻璃管加热。为了防止催化剂被气体吹走,应在出气口端放一定量的玻璃棉,并用U形铁丝进行固定。
收集装置:本实验生成的二氧化氮的密度比空气大,故采用向上排空气法收集。
尾气处理装置:本实验的反应物有氨气,氨气具有刺激性气味,且生成的二氧化氮是有毒的其他,故要用NaOH溶液吸收实验中产生的尾气,减少对大气的污染。
根据实验原理,本实验的条件中影响本实验的主要因素是温度、氨气的量、氧气的量、催化剂的种类,本次实验我将探究氨气的量与催化剂的浓度这两个因素对反应的影响。
影响实验的主要因素:
氨水的浓度:若氨水浓度过大,实验过程中会产生白烟;若氨水浓度过小,催化剂的红热现象不明显,收集装置中呈现的红棕色不明显。
氧气的量:若氧气不足,催化剂的红热程度即使再大也看不到红棕色气体的产生。
催化剂的种类(Cr2O3、Fe2O3、CuO)和用量
反应