氨气的催化氧化

.

精品

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强化收

集和处理信息、分析和归纳问题的能力。

3)探讨本实验成功的条件、关键和操作技术。

4)增强绿色环保意识。

实验教学目标：

知识与技能：

1)了解氨的催化氧化反应的原理；

2)能准确描述氨的催化氧化反应的实验现

象；

3)熟练仪器的连接和使用。

过程与方法：

1)通过对实验最佳反应条件的探究，巩固

掌握简单比较法；

2)在对实验的探究过程中，培养学生思考、

分析、解决问题的能力。

情感态度与价值观：

1)增强学生的环保意识。

催化剂

.

精品

实验原理：1.实验中主要的反应：

4NH

3

+5O

2

==∆==4NO+6H

2

O+Q

2NO+O

2

====2NO

2

+Q

3NO

2

+H

2

O====2HNO

3

+NO+Q

NH

3

+HNO

3

====NH

4

NO

3

2.实验中可能出现的反应：(当氧气量不足时，可能会发生)

4NH

3

+4O

2

====2N

2

O+6H

2

O

4NH

3

+3O

2

====2N

2

+6H

2

O

实验设计思路:

总探究思路：采用简单比较法探究氨催化氧化的最佳条件。

设计思路：氨水的浓度及用量、催化剂的种类和用量，第一个洗气瓶中导管伸入液面的深度、

温度等因素都是影响探究效果的因素。在本实验中，重点探究氨水的浓度、催化剂的种类对

实验的影响。因此在实验过程中控制氨水的总体积为50ml，加热时间3min，导管伸入液面的

深度不变。先探究氨水的浓度对实验效果的影响，得到最佳实验效果后固定氨水的浓度探究

催化剂的种类对效果的影响，最后得出氨的催化氧化的最佳条件。

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精品

探究的因素及水平如下：

氨水的浓度

V（氨水）：V

（水）

加热时间

催化剂

种类

实验指标

1:1

3min

Cr

2

O

3

1催化剂是否有明显红

热现象

2.是否有红棕色气体

产生。

3.玻璃管内是否有小

水滴

2：3Fe

2

O

3

4：5Fe

2

O

3

实验装置图：

实验装置设计依据：

（1）反应的原理:该反应是氨气、氧气和催化剂在较高温度下进行的气体和固体之间的反

应，我们需要从以下几个方面考虑从而来设计整个实验：

a)反应物的制备：

①浓氨水具有挥发性，会挥发出氨气，故可以利用其性质来制备氨气；

②经查阅资料可知，氨气在空气中的爆炸极限是15.5%~27%，在纯氧中的爆炸极限是

13.5%~79%，含氧量越高，极限范围扩大，越容易爆炸，故我们在此尽量不用纯氧来进

行实验，而是采用一个双联打气球，通过不断的挤压来鼓入空气；

③优点：装置简单，操作简便；同时在鼓入的过程中还可以增加氨气的逸出速度。

b)反应条件：

①反应需在较高温度下进行，普通的酒精灯满足不了要求，故我们在此采用的是铜质三

芯酒精灯；

.

精品

①NO

2

是红棕色有刺鼻气味的气体，同时是一种大气污染物，因此应该用碱液进行吸收，

②同时由于气体的流通速度比较快，故可能有一部分氨气没有反应就直接逸出，又因为

氨气极易溶于水，故碱液中的的水是可以对氨气进行吸收的。综合以上两个因素，我们

可以选用NaOH溶液来对尾气进行处理。

实验研究的主要内容：

1)“氨的催化氧化”实验装置一体化设计。

2)“氨的催化氧化”最佳条件的探究。

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精品

实验研究方案及实验记录：

仪器：双联打气球、洗气瓶（3个）、铁架台、50mL量筒、250ml烧杯、电子秤、三芯酒

精灯、胶管、玻璃棒、硬质玻璃管，直角导管，玻璃棉、铁丝；

药品：浓氨水（25%~28%）、蒸馏水、NaOH(1mol/L)、Fe

2

O3、CuO、(NH

4

)

2

Cr

2

O

7

实验内容：

（一）实验操作步骤：

（二）实验装置图：

（三）实验内容及数据记录：

（1）氨水浓度的影响

在硬质玻璃管中加入8-10cm的Cr

2

O

3

作为催化剂，保证催化剂的加热时间不变

（3min），分别取50mL不同比例的氨水进行实验，观察实验效果，对比探索氨催化氧化

中选用氨水浓度的最佳比例。数据记录如下：

制备催化剂

催化剂的

填装

搭建实验装

置

配置50ml一定

浓度的氨水

点燃三芯酒精

灯，进行实验

加热3min后缓慢鼓气，当看到

有火星时，加快鼓气速度，加

快鼓气速度，

观察并记录实验现象

.

精品

氨水浓度

V（氨水）：V（水）加热时

间

催化

剂

催化

剂的

红热

现象

红棕

色

气体

白烟实验分析

1：2

3min

Cr2O

3

++++

催化剂的红热现象不明显，也只有微弱

的红棕色，

但出现大量白烟，可能是氨水的浓度偏

低，并且鼓气太早造成的，故接下来增

大氨水的浓度进行实验

2:3++

/

++

催化剂的红热现象明显，且有较多的白

烟产生，推测原因鼓气的速度太慢。

1:1+++++/

催化剂红热现象明显，也有较多的红棕

色气体，几乎无白烟，是比较理想的实

验效果。接下来继续增大氨水的浓度，

验证该条件是否是最佳条件。

3:2+++/

+++

红热现象明显，无红棕色气体，有大量

的白烟产生，推测原因氨水的浓度太大。

（2）催化剂种类对实验的影响

在硬质玻璃管中分别加入2-3cm的氧化铁和氧化铜作为催化剂，然后取50mL的2:3浓度

的氨水，催化剂加热时间3min，探究出实验的最佳催化剂。

催化

剂种

类

加热

时间

氨水的浓度

V（氨水）：V（水）

催化剂的红

热现象

红棕

色

气体

白

烟

备注

Cr2O3

3min1：1

++++++//

Fe2O3

++++/

在实验过程中洗气瓶中出现了明

显的红色，可能是一部分催化剂被

气流吹进了装置内。

CuO

+++++

催化剂只有微弱的红热现象，也有

少量的红棕色气体，但产生大量的

白烟，可能是因为鼓入气体的时间

较早或加热时间稍短。

实验结论：在V（氨水）：V（水）为1：1，加热时间为3min的情况下使用Cr

2

O

3

做催化剂

的效果要较Fe

2

O

3

，CuO的效果好。

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精品

问题与讨论：

在利用氧化铜做催化剂进行实验时，第一次无任何实验现象，即催化剂无红热，也无红

棕色气体产生，当时认为是实验完全失败了，故又重新填装焙干后的催化剂进行实验，出现

了微弱的红热现象，产生少量的红棕色气体。现认为可能有以下两个原因：氧化铜的颗粒太

细，气体无法流通；加热时间稍短，没有达到催化剂的活性温度。

改进：①将氧化铜和玻璃棉拌匀，增大接触面积来进行实验；

②将加热时间改为5min左右。因为在实验过程中，实验室内的换气设施打开，周围空

气流动速度较快。

实验注意事项：

1.氨气在空气中的爆炸极限为15.5%~27%，在纯氧中的爆炸极限是13.5%~79%，含氧量越高，

极限范围扩大，越容易爆炸，故我们在此尽量不用纯氧来进行实验，否则有发生爆炸的危险。

2.实验条件为高温，在实验过程中应防止烫伤。

3.注意催化剂的制备和填装。在制备Cr2O3时，不要用玻璃棒搅拌，否则会使催化剂的粒度

太细，不利于气体的流通。同时用Fe

2

O3、CuO做催化剂时需提前烘干药品中的水分，用量

也应当适当减少。

4.控制鼓气的时机和频率十分重要，加热3min后先缓慢的鼓入空气，观察到催化剂有

5.硬质玻璃管的右端用铁丝固定，防止催化剂被吹跑。

6.插入氨水的导气管应伸入液面下，且同组实验中保持伸入的深度一致

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精品

参考文献：

[1]卢一卉﹒化学实验教学研究（讲义）[M]﹒西南大学化学化工学院化学教育教研室，2007

[2]刘桂林.氨的催化氧化实验探讨[J].枣庄师专学报,1989,04:81-84.

[3]张婉佳,李燕红,曾庆旺.氨催化氧化演示实验的探究[J].化学教育,2012,10:62-64.

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