氨的催化氧化制硝酸和喷泉实验

氨的催化氧化制硝酸和喷泉实验
流程概括
1催化氧化：
（1）催化剂制备：重铬酸氨加热生成氧化
铬
（2）搭配装置：如图所示，先加热氧化铬，
数分钟后鼓入空气触发反应
（3）实验成功的标志：氧化铬伴随着鼓气
红热；圆底烧瓶中出现红棕色气体；紫色
石蕊试液变红
2 喷泉实验：
（1）氨气制备：使圆底烧瓶与一导管相连，加少量浓氨水
于圆底烧瓶中使其浸润内壁后倒掉。

加热圆底烧瓶使氨气
溢出
（2）触发实验：如图所示，将连有导管的圆底烧瓶竖直倒
置于滴有石蕊试液的水中。

使导管连通，触发实验
分析讨论
1 催化氧化的催化剂使用的是氧化铬，为什么需要现制现用使用时应当注意什么制备催化剂时出现了什么现象
答：氧化铬不是该实验的最优催化剂，但依然有着足够出色的催化效率并且价格相对低廉。

现制现用有利于催化剂效率的最大化利用，防止时间过久中毒的现象发生。

使用时应当充分预热使水分蒸光，且使用石棉绒使其立在双通管中增加催化剂与反应物的接触面，在进行实验时也应当首先开始加热一段时间后再通入氨
气。

制备氧化铬时使用重铬酸氨分解的方法：(NH4)2Cr2O7 = Cr2O3+N2↑+4H2O，红色的重铬酸铵分解生成的固体残渣随生成的气体喷出，产生绿色蓬松状固体，并伴随着火星飞溅。

2 本实验中的喷泉实验没有使用胶头滴管触发反应即可成功，为什么
答：胶头滴管触发是因为少量水使烧瓶中的氨气溶解，造成烧瓶内气压低于大气压从而使得滴有石蕊试液的水进入烧瓶触发实验。

而本实验中，因使用浓氨水，事先加热烧瓶壁使得氨气溢出，在导管中亦有氨气存在，水直接接触导管中的氨气，氨气大量溶解，直接引发实验，方法简单易操作。

3 氧化铬伴随着反应的进行会出现红热现象，为什么
答：氨气催化氧化为放热反应，热量的大量产生以及反应中本来就在进行的加热使得氧化铬到达熔点，从而出现红热现象。

4 实验过程中圆底烧瓶出现白雾或者白烟现象，如何避免
答：白烟现象可能反应产生的硝酸与氨气产生的硝酸氨的颗粒，可能是由于通入气体过快，气体流动速度太快导致的，减缓通入气体的速度就可以避免这样的问题；白雾现象可能是氨气催化氧化会产生水分，水蒸气在圆底烧瓶内出现冷凝并与NO2反应产生硝酸酸雾。

如果想严格控制这两种现象，可以在反应装置后面加一个无水CaCl2的干燥管，这样既可以吸收反应产生的水分，也可以吸收因为鼓气过快产生的氨气，避免它们对于生成物的干扰。

5 实验时氨水的用量有何要求
答：实验中为避免试剂浪费，采用浓氨水和蒸馏水混合作为氨气的产生源。

在不同的室温和压强下，氨水的饱和蒸汽压不同，那么产氨能力也会有所区别。

当前实验的天气温度较低，氨水的蒸气压也比较低，在实验中氨水的用量也需要多一些，一般采取氨水：蒸馏水=1：2或1：3较为合适。

6 实验中有哪些需要改进的地方
答：其一，是通入空气和氨气时没有干燥装置，高温加热下的水蒸气冷凝可能会产生安全隐患。

其二，就是前文提到的反应后缺少干燥装置，会出现白烟或白雾现象。

时必然会夹着许多水蒸气，而含有水蒸气的和的混合气体通过高温条件下
的玻璃反应管，可能引起玻璃反应管的破裂。

并且反应产生水到圆底烧瓶中使的观察效果不明显。

二是没有尾气处理装置。

实验总结
本实验同样是非常依赖催化剂催化效果的一个实验。

因此，在操作时为了避免催化剂催化效率可能受到影响，对其进行了现制现用、充分预热、保证与反应气体的接触面积等等多方面的处理。

实验进行的较为成功，再次告诉我们充分的实验准备工作才会让实验的效果更佳。

在具体的教学实践中，除了借此机会向学生传授化学反应注重催化剂性能的重要性以外，对实验中的反应原理和各项操作事项，以及尾气的干燥和处理工作等，都应当对学生进行充分展示和引导，才能让这个简单实验中蕴含的知识让学生充分吃透，起到良好的教学效果。