摘要：氨的催化氧化是高中化学教学中的一个重要实验，在传统的教学过程，该实验的作用仅仅是介绍氨的还原性。氨的催化氧化作为异相催化反应的经典例子，如果选用不同的过渡金属催化氨的氧化，通过比较实验现象与产物的差异，也可为讨论催化剂的活性与选择性提供一个起点。

1 理论背景

氨的催化氧化是高中化学教学中的一个重要实验，通过该实验，教师可以归纳总结氨的化学性质，同时该反应也是工业生产硝酸的基础。氨的催化氧化作为一个典型的异相催化反应，许多过渡金属及其氧化物都能用作该反应的催化剂，因此通过该实验也可向学生初步介绍催化剂的活性与选择性。

许多无机化学的教材以及相关文献中均有报道^[1]，在氨气与氧气的混合体系中，可能存在以下过程^[2]：

(1) 4NH₃(g) + 5O₂(g) ＝ 4NO(g) + 6H₂O(g)

∆H(298K) ＝ －902.0 kJ·mol^-1

(2) 4NH₃(g) + 4O₂(g) ＝ 2N₂O(g) + 6H₂O(g)

∆H(298K) ＝ －1104.0 kJ·mol^-1

(3) 4NH₃(g) + 3O₂(g) ＝ 2N₂(g) + 6H₂O(g)

∆H(298K) ＝ －1267.2 kJ·mol^-1

反应(1)即是奥斯特瓦尔德法（Ostwald Process）生产硝酸的第一步反应^[3]，而硝酸是化学肥料的重要原料，其重要性不言而喻。反应(2)实现了从氨到一氧化二氮的转化，后者曾在医学上用作麻醉剂。反应(3)可作为一种环境友好的减少氨排放的方法^[4]。上述三个反应的焓变相近，均是较为剧烈的放热反应。考虑上述反应中氨气与氧气的化学计量比各不相同，可以通过控制氨氧比来控制反应产物，此外，不同的催化剂对反应产物也有相应的选择性。

高中化学中常讨论的催化剂为铂或三氧化二铬。在演示实验中，通常教师只会涉及一种催化剂，该反应的教学效果也仅限于介绍氨的还原性，而没有更多的附加价值。这里笔者将着重讨论催化剂的活性、选择性，以及氨氧比对反应产物的影响。

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实验研究 氨的催化氧化实验在高中化学教学中的作用再探.pdf (294.335 KB)