催化剂
催化剂
催化剂
《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 上午 □ 下午 □ 晚上 □ 姓 名 学号 同组人 台号 实验目的：
（1）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。
（2）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。
（3）探讨本实验成功的条件、关键和技术操作。 （4）增强绿色环保知识。 实验教学目标：
知识与技能：了解氨的催化氧化的反应原理；了解工业上制备硝酸的反应原理。
过程与方法：通过教师演示实验的方法，引导学生对实验现象的观察，从而提高学生的探究能力、创新意识和改进实验的能力。 情感态度与价值观：通过观察二氧化氮的红棕色现象，让学生体会化学的颜色之美；通过对二氧化氮有毒气体的尾气处理，倡导绿色化学的理念，增强学生的环保意识。
实验原理：
一、实验中主要的反应：
4NH 3＋5O 2 4NO ＋6H 2O ＋Q
2NO ＋O 2 2NO 2＋Q 3NO 2＋H 2O 2HNO 3＋NO ＋Q
NH 3＋HNO 3 NH 4NO 3
二、实验中可能出现的反应：
4NH 3＋4O 2 2N 2O ＋6H 2O
4NH 3＋3O 2 2N 2＋6H 2O
实验设计（或改进）思路：
1、为使氨气和氧气能够同时参与反应，使用双连打气球往氨水溶液中鼓气。
2、为确保反应气体充分地与催化剂接触以提高转化率，考虑到催化剂活性温度较高需要加热，本实验采用耐高温的双通管盛装催化剂，也能增强气体的流通性。
3、为了更好地观察生成NO 2的红棕色，在选用实验仪器时应尽量使用直径较大的容器（如平底烧瓶），也可以对收集装置加白色背衬。
4、本实验将产生有毒性气体，为避免对环境的污染，使用NaOH 溶液对反应产物进行尾气处理。
5、当观察到催化剂前端明显红热、洗气瓶里有棕红色气体生成时，表明实验成功。
6、影响本实验的主要因素有：实验装置（干燥程度、气密性）、催化剂种类、催化剂温度及干燥程度、氨水浓度、鼓气频率与时机等，其中最为关键的因素是氨水的浓度。本实验主要探究氨水的浓度以及催化剂种类活性对实验结果的影响。
（1）氨水浓度的探究：
固定条件：①三芯酒精灯（温度控制一定）；
②粗硬质双通玻璃管（活化温度保持、利于反应气体流通）； ③氨水总体积为50mL ； ④鼓气频率。
探究内容：氨水浓度以V （氨水）：V （水）=1:1为中间点
（2）催化剂活性探究：
固定条件：①三芯酒精灯；
②粗硬质双通玻璃管；
③最佳氨水浓度；
④氨水总体积为50mL；
⑤鼓气频率。
探究内容：催化剂的种类（Cr2O3、Fe2O3、CuO）
实验研究的主要内容：
（1）氨的催化氧化演示实验方法和装置的设计。
（2）该实验最佳条件的探究：
①氨水浓度的探究；
②催化剂活性探究。
实验研究方案及实验记录
一、实验操作步骤：
实验装置的选取与组装
装置气密性检测
Cr2O3作催化剂
V（氨水）：V（水）=1:1 V（氨水）：V（水）=1:2 V（氨水）：V（水）=2:3
观察记录实验现象
确立最优氨水浓度
CuO作催化剂
Fe2O3作催化剂
观察记录实验现象
确立最佳催化剂
二、实验装置图：
三、实验设计方案：
（1）实验仪器：250 ml大烧杯（1个）、洗气瓶（3个）、双连打气球、铁架台（铁甲、铁圈）、50mL量筒、电子秤、三芯酒精灯、橡胶管、玻璃棒、粗硬质双通玻璃管，直角导管，铁丝、蒸发皿、坩埚钳；
（2）实验药品：浓氨水、蒸馏水、玻璃棉、NaOH固体、Fe2O3、CuO、(NH4) 2Cr2O7。
（3）实施方案：取NaOH固体配置1 mol/L NaOH溶液待用，取适量(NH4) 2Cr2O7于烧杯，用灼热的玻璃棒与之接触直至其变为墨绿色的Cr2O3，将Cr2O3装入已有玻璃棉和铁丝定位的硬质玻璃管，催化剂大约3cm左右，加热催化剂3min后开始按照一定的频率鼓入氨气（V（氨水）：V（水）分别按1:1、2:1、2:3进行配制），观察实验现象。
四、实验数据记录：
（1）最佳氨水的浓度的探究（Cr2O3作催化剂）
序号V
（氨水）：V（水）预热
时间
实验现象
催化剂
红热状况
白烟
红棕色
气体
水雾备注
1 1:1
3min ++++ +++ +
催化剂红热状态及气
体的红棕色明显，白烟较少
说明氨水浓度比较适宜。
2 2:1 +++ +++ ++ ++
催化剂红热，有较多的白烟产生，也出现红棕色气体，说明此时的氨水浓度偏大，挥发出的氨气过量。
3 2:3 + - + +
催化剂红热状态及气体的红棕色不明显，没有产生白烟，说明氨水浓度偏低，挥发出的氨气量不足。
结论
由实验现象可得当V（氨）：V（水）=1:1时实验效果最佳，在该条件下催化剂红热程度明显，在短时间内就能观察到有明显的红棕色气体生成，且未产生大量白烟。
螺旋状铁丝
玻璃棉
三芯灯
氨水
双连打气球
NaOH溶液催化剂
