氨催化氧化演示实验的改进
氨催化氧化演示实验的改进
在研究了多种非铂催化剂对氨催化氧化演示实验的效果的基础上，进一步探讨了用高锰酸钾为原料制得的二氧化锰的催化效果，并对实验设计作了新的设想。结果表明，二氧化锰是能取代昂贵而难获得的铂丝，做好氨氧化实验的较为理想的非铂催化剂。它的使用，可使该实验的开设率和成功率得到极大地提高。
关于氨的催化氧化演示实验的改进，在有关刊物上已讨论很多，讨论的焦点是两个，一是选择价廉易得、制作方便、效果好的催化剂；二是设计简单合理的实验装置，使现象更明显，操作更方便。但目前选用的催化剂，有的效果不很稳定，如Fe2O3等。有的效果虽较好，但条件差的学校缺少药品，如Cr2O3、Co2O3等。在实验装置的设计上虽有些简单合理的创新，但有的往往重复性差，特别是氨的氧化产物——无色的一氧化氮气体和液态水，不能直观地看到，观察到的仅是红棕色的二氧化氮气体以及催化剂的红热状态。我们经几年来的探索，试验过十多种非铂催化剂，确认本文选用的用高锰酸钾分解制得的二氧化锰作催化剂和所设计的实验装置，能较好地解决上面的两个问题。浙江桐庐中学洪静涛、吕仲兰老师将实验情况汇总如下：
1实验装置的设计
催化管是15mm×150mm无底试管（有耐高温玻管更好），装入催化剂，使成2．5～3cm长的圆柱体，两端塞玻璃纤维或硅酸铝耐火纤维，右端再放一段玻璃管顶住，防止鼓气时催化剂移动。生成物观察管是用玻璃管在喷灯上吹制的直径2cm左右的空球（也可用球形干燥管代替）。
图4
1．鼓气球 2．催化剂 3．生成物4．棉花 5．氨水 6．浓硫酸
2操作方法和注意事项
按图4装置好以后（圆底烧瓶暂不要罩上）先预热催化剂45秒～1分钟，按动鼓气球慢慢鼓气。待催化剂有红热迹象，加大鼓气量，使液面上的气泡连续发生。当整个催化剂层保持明显的红热状态时，撤去酒精灯，罩上圆底烧瓶，继续鼓气，一般经20秒钟左右即可看到观察管小球中积有液态水，球中气体呈无色，圆底烧瓶中出现红棕色。停止鼓气，稍冷，颜色还可加深。
实验中应注意以下几点：
（1）在实验前，催化剂最好经过焙烧，除去湿存水，否则会延长预热时间，降低催化效果。焙烧时不要与油漆类物质接触，以免中毒失效。
（2）圆底烧瓶应干燥、洁净，否则会影响红棕色气体的出现和颜色的观察。烧瓶体积应大一些，一般可选用250ml或500ml，以增加实验的可见度。
（3）由于催化管是普通的破试管制成，而氨氧化时二氧化锰催化层呈红热状态，温度在数百度以上，为防止实验完毕后自然冷却过程中炸裂，在停止鼓气后用酒精灯进行退火处理。
（4）连续几个班作演示，只需将生成物观察管现场拔下，将水甩干重新接上，催化剂和其他药品以继续使用而不必掉换。