“氨的催化氧化”实验设计与研究实验报告1.docx

化学试验教学争论试验报告试验工程 “氨的催化氧化”试验设计与争论试验日期 2023.9.23 星期 五 上午 下午 晚上 姓 名 * 学号同组人 台号 大 三台 3 号试验目的：试验教学目标：1、通过氨的催化氧化试验装置的设计， 1、 学问与技能：稳固氨催化氧化的反响原理，初步进一步培育依据化学原理和客观条 把握氨催化氧化的试验方法，了解工业法制硝酸件自行设计和安装试验装置的力气。 的根底。2、通过查阅文献及对本试验的探究过 2、 过程与方法：通过演示氨的催化氧化试验，让学程进一步强化收集和处理信息、分析 生进一步稳固氨的氧化性质，学会氨催化氧化的和归纳问题的力气，提高试验操作技 试验方法，领悟探究性学习的方法。能。3、 情感态度与价值观：引发学生对化学试验的兴3、探讨本试验成功的条件、关键和操作 趣，培育学生严谨的科学思想，增加学生的绿色技术。环保意识。4、增加绿色环保意识。试验原理：在确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。假设氨过量则会与生成的硝酸反响生成硝酸铵即有白烟产生。1、试验中主要的反响： Word 欢送使用4NH3+5O2催化剂4NO+6H2O+Q2NO+O2=2 NO2+Q3NO2+H2O=2HNO3+NO+Q NH3+HNO3=NH4NO32、试验中可能消灭的反响：4NH3+4O2催化剂2NO2+6H2O4NH3+3O2催化剂2N2+6H2O试验设计或改进思路：1、试验成功条件：参与反响的氨气和氧气的比例要适宜，反响温度的把握，适量的催化剂。2、试验设计的思路和措施：（1） 反响物：假设用气体制备法供给反响所需的氨气和氧气，装置设计会比较麻烦，且纯氧试验易发生爆炸，存在安全隐患，应选用氨水挥发和鼓气的方式供给反响所需的氨气和氧气。32（2） 发生装置：本试验是气体和气体的反响，承受吹气法。选用不同浓度的氨水供给反响所需的 NH ，通过打气球供给 O 。初设确定浓度的氨水进展试验，再依据试验现象调整氨水的浓度，选择最正确的氨水浓度以到达最正确的试验效果。2323（3） 反响装置：通过查阅资料可知，Cr O 的催化效果较好，因此首先选择 Cr O 作催化剂，为了到达较好的催化效果，试验中承受玻璃管装催化剂，可避开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到达700，因此承受三芯灯对玻璃管加热。为了防止催化剂被气体吹走，应在出气口端放确定量的玻璃棉，并用 U 形铁丝进展固定。（4） 收集装置：本试验生成的二氧化氮的密度比空气大，故承受向上排空气法收集。（5） 尾气处理装置：本试验的反响物有氨气，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 溶液吸取试验中产生的尾气，削减对大气的污染。依据试验原理，本试验的条件中影响本试验的主要因素是温度、氨气的量、氧气的量、催化剂的种类， 本次试验我将探究氨气的量与催化剂的浓度这两个因素对反响的影响。3、影响试验的主要因素：（1） 氨水的浓度：假设氨水浓度过大，试验过程中会产生白烟；假设氨水浓度过小，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。（2） 氧气的量：假设氧气缺乏，催化剂的红热程度即使再大也看不到红棕色气体的产生。（3） 催化剂的种类CrO 、Fe O、CuO和用量（4） 反响的温度2323（5） 导管插入氨水的深度（6） 鼓气的时机和频率4、在本试验中，我们预备探究氨水的浓度和催化剂的种类对氨催化氧化试验效果的影响。5、把握条件：氨水体积均取 50ml。把握温度、氧气的量鼓气频率为不变量，分别探究确定催化剂条件下，氨水的浓度氨气的量对反响的影响，确定氨水的最正确浓度后再在确定氨水浓度下探究不同催化剂对反响的影响。试验争论的主要内容：1、“氨的催化氧化”试验装置一体化设计。2、“氨的催化氧化”最正确条件探究。试验争论方案及试验记录：1、试验简洁的操作步骤：制催化剂装管(催化剂)取研碎的重络酸铵一药匙集中堆放于干净、枯燥的烧杯(250ml)中，用一根玻 璃棒在酒精灯上烧烫后插入重络酸铵使与接触的重络酸铵分解，由于重络酸 铵分解要放出大量的热，利用反响热使四周的重络酸铵也分解，最终得到疏松的颗粒状Cr O 催化剂(呈墨绿色)。2 3首先在玻璃管出气口端塞入适量的玻璃棉，然后放入 U 型铁丝进展固定，最终用纸槽或药匙往玻璃管中装入Cr O 催化剂。(留意：须填满玻璃管直径，2 3水催化剂的量达 8cm 长度为宜。)配置氨水以“V 浓氨水(25%：)V =1:1”为基准，再依据试验现象探究效果最好的比例值预热检测反响温度鼓气2、试验装置图：在鼓气之前，先对玻璃管预热3min 左右。使用三芯灯进展加热，通过观看催化剂外表是否消灭红热现象推断是否到达反响所需温度当鼓气一两次后催化剂外表消灭红热现象，则加快鼓气频率(假设试验成功，一般在一分钟以内就能看到预期的试验现象)。3、试验方案和试验记录：（1） 以“V：V浓氨水(25%)=1:1“为初设比例，配置试验所需用的氨水，氨水体积把握为水50ml。用 Cr2O3 作催化剂，探究不同氨水浓度对试验效果的影响。试验记录如表 1所示。表 1 不同氨水浓度下的试验现象比较(催化剂：Cr2O3)氨水浓度试验现象浓氨水水(V(25%)：V)白烟红棕色气体水催化剂的红热程度1:1+2:3+3:2+6:5+(注：符号“+”表示该试验现象消灭，符号“-”表示该试验现象未消灭，符号的多少表示该试验现象显著的程度)（2） 以最正确比例“V：V浓氨水(25%)=3:2”配置试验所需氨水，氨水体积把握为 50ml。探水323究不同催化剂Cr2O 、Fe O 、CuO对试验效果的影响。试验记录如表 2 所示。表 2 不同催化剂下的试验现象比较(V：V浓氨水(25%)=3:2)水催化剂试验现象白烟红棕色气体水催化剂的红热程度Cr2O3+Fe2O3+CuO+4、试验的结论（1） 催化剂一样的状况下，承受“V：V浓氨水(25%)=3:2”的氨水比例产生的试验效果最水佳，生成的红棕色气体最多，催化剂的红热程度最大。（2） 氨水浓度一样的状况下，承受 Cr2O3 作催化剂产生的试验效果最正确，生成的红棕色气体最多，催化剂的红热程度最大。综上：氨的催化氧化的最正确反响条件是：“V承受三氧化二镉。5、留意事项：V浓氨水(25%)=3:2”的氨水浓度，催化剂水（1） 防污染：氨气具有猛烈刺激性气味，同时试验过程中生成的二氧化氮气体有毒，应尽量避开吸入和排放到空气中，试验应在通风条件下进展，并用碱进展中和吸取。（2） 防爆炸：在装催化剂时，不能填塞过紧，以防气体不能通过玻璃管，管内气压过大， 易引发炸裂。氨在空气中的爆炸极限为 15.5%-27%，尽量不能用纯氧进展试验，否则有发生爆炸的危急。（3） 防烫伤：试验过程需要高温，要防止烫伤。（4） 整个装置要求气密性好，且全部仪器试验前必需进展枯燥。留意对仪器进展编号。（5） 把握鼓气的时机和频率，防止催化剂在鼓气时被吹跑。（6） 留意催化剂的填装：催化剂在玻璃管内应布满 2-3cm三氧化二镉 8cm的长度， 不能留有缝隙，且松紧适度，不能过松或过紧。三氧化二镉要进展回收。（7） 确定不能盲目地做试验，假设试验未消灭预期的现象，要认真从原理上进展分析，找出问题，重探究。（8） 应适当增加洗气装置，以除去反响气体带入的水蒸气、未参与反响的少量氨气和反响产生的水蒸气。附录：1、最正确反响条件V：V=3:2，催化剂 Cr O 下的试验现象图：1催化剂外表的红热现象明显：浓氨水水23问题与争论：1、当 V：V(25%)=2:3 时，收集装置和尾气吸取装置中产生了较多白烟。缘由分析：可能是由于氨水浓度过小，较多的氨气进入了收集装置，氨气溶于水形成硝酸，硝酸和氨气反应又生出硝酸铵，故产生大量的白烟。2、当 V但产生了少量白烟。缘由分析：此时氨气和氧气适量，反响较完全，试验效果良好。但可能由于鼓气过早、过快，使多余的氨气进入收集装置，故有白烟生成即硝酸铵。3、当 V浓氨水水：V浓氨水(25%)水=3:2 时，生成的红棕色气体(即 NO2)和水最多，催化剂的红热程度最大，：V(25%)=1:1 时，催化剂外表的红热现象明显，但收集装置中的红棕色却不太明显。缘由分析：(1)试验过程中有水生成，二氧化氮易溶于水生成硝酸，从而不利于集气瓶中红棕色的观看。故可在反响装置和收集装置间加一个枯燥装置。(2) 可能是氨水浓度过低或鼓气速率不当。4、当用 Fe2O3 和 CuO 做催化剂时，尾气吸取装置中均有白烟生产。缘由分析：可能是鼓气时机不当，导致过多氨气进入氢氧化钠溶液，形成硝酸铵。参考文献：1刘秀娟,王歌云. 探究性试验教学设计:氨的催化氧化J. 江西教育学院学报,2023,03:28-30. 2张婉佳,李燕红,曾庆旺. 氨催化氧化演示试验的探究J. 化学教育,2023,10:62-64.3陈世文. 氨的催化氧化试验J. 教学仪器与试验,1996,06:9-10.浓氨水水（2） 有大量的水生成：（3） 红棕色明显2、试验装置一体化设计图