Аммиак кислород катализатор оксид хрома катализ уравнение реакции

Окисление аммиака в присутствии оксида хрома

Аммиак легко окисляется кислородом в присутствии некоторых катализаторов: например, платины или оксида хрома ( III) . В большую колбу нальем несколько миллилитров концентрированного раствора аммиака. В ложку для сжигания веществ поместим дихромат аммония: при разложении дихромата аммония получается оксид хрома. Нагреем дихромат аммония на пламени горелки и опустим в колбу. Дихромат разлагается: частицы раскаленного оксида хрома разлетаются в стороны, в колбе появляется бурый газ — диоксид азота. В присутствии оксида хрома аммиак окисляется кислородом воздуха до моноксида азота, который в избытке кислорода окисляется до бурого диоксида азота.

Оборудование: колба плоскодонная, ложка для сжигания веществ, чашка Петри, шпатель, горелка.

Техника безопасности. Соблюдать правила работы с аммиаком. Не наклоняться над колбой при внесении в нее оксида хрома ( III ).

Постановка опыта и текст – к.п.н. Павел Беспалов.

Окисление аммиака и его свойства

Одним из важнейших соединений азота является аммиак. По физическим свойствам это — бесцветный газ с резким, удушающим запахом (это запах водного раствора гидроксида аммония NH₃·H₂O). Газ хорошо растворяется в воде. В водном растворе аммоний является слабым основанием. Является одним из важнейших продуктов химической промышленности.

NH₃ — хороший редуктор, как в молекуле аммония, азот имеет самую низкую степень окисления -3. Многие характеристики аммиака определяются парой одиночных электронов в атоме азота – реакции присоединения с аммиаком происходят из-за его присутствия (эта пара одиночек расположена на свободной орбите Протона H⁺).

Как получить аммиак

Вам будет интересно: Дуршлаг – это многофункциональная кухонная утварь

Существуют два основных практических метода получения аммиака: один в лаборатории, другой — в промышленности.

Рассмотрим получение аммиака в промышленности. Взаимодействие молекулярного азота и водорода: N₂ + 2H₂ = 2NH₃ (обратимая реакция). Этот метод получения аммиака называется реакцией Хабера. Для молекулярного азота и водорода, которые должны прореагировать, их необходимо нагреть к 500 ᵒC или 932 ᵒF, давлению MPA 25-30 необходимо создаться. Пористый утюг должен присутствовать как катализатор.

Получение в лаборатории – это реакция между хлоридом аммония и гидроксидом кальция: СА(OH)₂ + 2NH₄Cl = CaCl₂ + 2NH₄OH (как NH₄OH — очень слабое соединение, оно сразу же распадается на газообразный аммиак и воду: NH₄OH = NH₃ + H₂O).

Реакция окисления аммиака

Они протекают с изменением состояния окисления азота. Так как аммиак — хороший редуктор, его можно использовать для уменьшения тяжелых металлов от их окисей.

Уменьшение металлов: 2NH₃ + 3CuO = 3Cu + N₂ + 3H₂O (когда меди (II) оксид нагревают в присутствии аммиака, металлическая медь красного цвета уменьшается).

Окисление аммиака в присутствии сильных окислителей (например, галогенов) происходит по уравнению: 2NH₃ + 3Cl₂ = N₂ + 6HCl (для проведения этой окислительно-восстановительной реакции требуется нагрев). При воздействии перманганата калия на аммиак в щелочной среде наблюдается образование молекулярного азота, марганцовокислого калия и воды: 2NH₃ + 6KMnO₄+ 6KOH = 6K₂MnO₄+ N₂ + 6H₂O.

При интенсивном нагревании (до 1200 ° C или 2192 ᵒF) аммиак может распадаться на простые вещества: 2NH₃ = N₂ + 3H₂. На 1000 oC или 1832 аммиак реагирует с метаном CH4:2CH₄ + 2NH₃ + 3O₂ = 2HCN + 6H₂O (синильной кислоты и воды). Путем оксидации аммиака с гипохлоритом натрия гидразин Н₂Х₄ можно получить: 2NH + NaOCl = N2H4 + NaCl + H2O

Сжигание аммиака и его каталитическое окисление кислородом

Окисление аммиака кислородом имеет определенные особенности. Существует два различных типа окисления: каталитический (с катализатором), быстрый (горение).

При горении происходит окислительно-восстановительная реакция, продуктами которой являются молекулярный азот и вода: 4NH3 + 2O2 = 2N2 + 6H2O (пламя желто-зеленое, горение начинается при 651 или 103,8 градусов по Фаренгейту, так как это температура самовоспламенения аммиака). Каталитическое окисление кислорода также происходит при нагревании (около 800 ᵒC или 1472 ᵒF), но один из продуктов реакции отличается: 4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O (в присутствии платины или оксидов железа, марганца, хрома или кобальта в качестве катализатора продуктами окисления являются оксид азота (II) и вода).

Рассмотрим однородное окисление аммиака кислородом. Бесконтрольная однотипная оксидация участка газа аммиака — относительно медленная реакция. О ней не сообщается подробно, но нижний предел воспламеняемости аммиачно-воздушных смесей при 25 оС составляет около 15 % в интервале давлений 1-10 бар и уменьшается по мере повышения начальной температуры газовой смеси.

— это молевая доля NH3 в смеси воздух-аммиак с температурой tmixed (OC), то из данных CNH = 0.15-0 следует, что предел воспламеняемости низкий. Поэтому разумно работать с достаточным запасом прочности ниже нижнего предела воспламеняемости, как правило, данные о смешивании аммиака с воздухом часто далеки от совершенства.

Химические свойства

Рассмотрим контактное окисление аммиака до оксида азота. Типичные химические реакции с аммиаком без изменения степени окисления азота:

Реакция с водой: NH₃ + H₂O = NH₄OH = NH₄⁺ + он⁻ (реакция обратима, так как гидроксид аммония NH₄OH — это нестойкое соединение).
Реакция с кислотами с образованием нормальных и кислых солей: NH₃ + HCl = NH₄Cl (нормальный хлорид аммония соли сформирован);NH₃ + H₂SO₄ = NH₄HSO₄ (в реакции аммиака с холодной концентрированной серной кислотой образуется кислотная соль гидросульфат аммония); 2NH₃ + H₂SO₄ = (NH₄)₂SO₄.
Реакции с солями тяжелых металлов с образованием комплексов: 2NH₃ + AgCl = [Ag(NH₃)₂]Cl (сложные соединения серебра (I) хлоридные формы диамина).
Реакция с haloalkanes: NH3 + CH3Cl = [CH3NH3]Cl (формы гидрохлорида метиламмония – это замещенный ион аммония NH4=).
Реакция со щелочными металлами: 2NH₃ + 2K = 2KNH₂ + H₂ (образуется амид калия KNH₂; азот не изменяет состояние окисления, хотя реакция окислительно-восстановительная). Реакции присоединения происходят в большинстве случаев без изменения состояния окисления (все вышеперечисленные, кроме последней, классифицируются данным типом).

Заключение

Аммиак — популярное вещество, которое активно используется в промышленности. На сегодняшний день она занимает особое место в нашей жизни, так как большинство продуктов ее деятельности мы используем каждый день. Эта статья будет полезна для прочтения многим, кто захочет узнать о том, что нас окружает.

Аммиак кислород катализатор оксид хрома катализ уравнение реакции

Огненная метель — один из самых красивых, экспериментов, его выполнение не требует особых навыков или дефицитных реактивов. В классическом варианте «Огненная метель» — каталитическое горение аммиака на поверхности оксида хрома — данный опыт уже был описан в журнале [ссылка]. Как оказалось, аналогичный эксперимент можно провести и с пропан-бутановой смесью [1]. Ниже описан классический вариант каталитического горения аммиака в банке объемом не менее 5 л.

На дно банки налил концентрированный (25%-й) раствор аммиака, закрыл банку выпарной чашкой и слегка встряхнул банку, чтобы аммиак быстрее испарялся (желательно не намочить стенки — капли и пленка жидкости мешают наблюдению). Потом накалил в ложечке для сжигания оксид хрома (III), полученный разложением бихромата аммония. Ложечку быстро внес в банку с парами аммиака и стал легкими движениями высыпать оксид хрома. Частички оксида раскалялись до желтого свечения и опускались на дно, словно огненные снежинки. Когда частичек было достаточно много — в банке возникали восходящие потоки и завихрения, которые поднимали раскаленные частички вверх. Бушевала настоящая огненная метель. Иногда возникало желтое пламя: поверхностное горение аммиака переходило в объемное. Увы, опыт продолжается недолго — всего несколько секунд (в отличие от варианта с пропан-бутановой смесью, который при желании можно растянуть на несколько минут).

В прошлый раз вскоре после остывания оксида хрома газ в банке стал сначала бурым (диоксид азота), затем банка наполнилась белым туманом (нитрат и нитрит аммония). В этот раз стадию образования бурого газа я не заметил (возможно, потому, что банка была на фоне желтой фанеры), зато стадия образования тумана проявилась четко.

__________________________________________________
1 См. подборку статей Эксперименты с пропан-бутановой смесью, опыт «Огненная метель» [ссылка]

Огненная метель [каталитическое горение аммиака на оксиде хрома (III)]

—>

Огненная метель

Для опыта необходимо взять стеклянную колбу или банку объемом не меньше 3 л и заполнить ее аммиаком. Это можно сделать двумя способами. Самый простой — налейте в банку 15-20 мл концентрированного раствора аммиака. Накройте банку стеклом или чашкой Петри и подождите примерно 10 минут, пока пары аммиака заполнят все внутреннее пространство. Но лучше насыпать на дно банки несколько грамм нитрата или хлорида аммония и едкого натра, после чего слегка смочить смесь водой и накрыть банку.

В ложечку для сжигания насыпьте оксид хрома Cr₂O₃ (полученный разложением бихромата аммония) и сильно нагрейте его в пламени газовой горелки. Когда оксид раскалится докрасна, аккуратно высыпьте его внутрь сосуда.

Частички оксида хрома раскалятся еще сильнее — они будут светиться желтым и кружить внутри сосуда подобно снежинкам во время метели. Только в нашем случае снежинки будут огненными. «Огненная метель» продолжается всего несколько секунд, поскольку аммиак в банке быстро сгорает. Именно поэтому желательно использовать банку побольше (например, на 5 или 10 л).

Опыт основан на окислении аммиака кислородом воздуха на поверхности твердого катализатора — оксида хрома. За счет тепла реакции оксид хрома сильно нагревается:

Нередко внутри сосуда появляется также желтое пламя аммиака.

Через несколько секунд после того, как частички оксида хрома погаснут, газ в банке станет буроватым — оксид азота (II) окисляется до оксида азота (IV):

Еще через полминуты пространство внутри банки заполнится густым белым дымом. Диоксид азота образует с водой азотную кислоту, которая дает с аммиаком белый дым нитрата аммония:

Аммиак, необходимый для реакции с азотной кислотой, поступает из раствора на дне банки (или из смеси соль аммония — щелочь). Это четко видно при просмотре замедленной видеозаписи эксперимента.

Аналогичный эксперимент можно провести, если поджечь в ложечке бихромат аммония и внести его в сосуд с аммиаком. Этот вариант опыта особенно удобен, когда под рукой нет горелки, на которой можно нагреть Cr₂O₃ до красного каления.

источники:

http://1ku.ru/obrazovanie/66825-okislenie-ammiaka-i-ego-svojstva/

http://chemistry-chemists.com/N1_2014/ChemistryAndChemists_1_2014-P2-1.html