僅通過使金屬鋅與$ {ce {HCl} $的溶液或使鋁與$ \ ce {NaOH} $的溶液反應就很容易產生大量氫氣。但是,是否有一種簡單且廉價的化學反應產生大量純氮氣?
僅通過使金屬鋅與$ {ce {HCl} $的溶液或使鋁與$ \ ce {NaOH} $的溶液反應就很容易產生大量氫氣。但是,是否有一種簡單且廉價的化學反應產生大量純氮氣?
每個維基百科中,我們都有以下實驗室方法:
$$ \ ce {NH4Cl(aq)+ NaNO2(aq)→N2(g)+ NaCl (aq)+ 2 H2O(l)} $$ span>
此外,根據維基百科,此方法還會生成少量 $ \ ce {NO } $ span>和 $ \ ce {HNO3} $ span>,可以通過使氣體通過重鉻酸鉀 $ \ ce {(K2Cr2O7)} $ span>溶於硫酸 $ \ ce {(H2SO4)} $ span>
兩者都是氯化銨亞硝酸鈉和亞硝酸鈉是可以合理獲得的化學品,其他產品(食鹽和水)無疑是安全的。根據您的住所,硫酸可能會變得更難吸收,並且由於不鼓勵使用六價鉻,重鉻酸鉀將是最難處理的(您應該研究減少 $ \ ce {Cr2O7 ^ {-2}} $ span>到 $ \ ce {Cr2O3} $ span>)。否則,這似乎是最好的方法。
您可以嘗試一個簡單的兩步過程。吸入一些空氣,在其中燃燒一些富含碳的材料,直到不再燃燒。然後將剩餘的氣體通過鹼性溶液以除去二氧化碳。剩餘的氣體將含有超過95%的氮氣。
而且您無需昂貴的化學藥品就能得到它。
實驗室中還沒有提到的另一種用於製備\ ce {N2} $的經典方法是將氨氧化脫氫為氮氣,通常是藉助過渡金屬氧化物,例如:
$$ \ ce {2 NH3 + 3 CuO--> [\ pu {500 .. 550 ^ \ circ C}] 3 Cu + N2 ^ + 3H2O ^} \ tag {1} $$
與氧化銅(II)的反應被認為是規範的,經常在教科書和實驗室手冊中列出,例如實用化學教科書 [1,p。1。 1921年的[6]對此過程進行瞭如下描述:
首先通過使空氣流過880氨,然後流過熾熱的銅車削來獲得氮氣。空氣中的氧氣被銅吸收,生成的氧化銅立即被氨還原成銅。這樣就完全避免了銅管內容物的頻繁更換。
\ begin {align} \ ce {2 Cu + O2 & = 2 CuO},\\\ ce {2 NH3 + 3 CuO & = N2 + 3 H2O} \ end {align}
應使用硫酸(1:4)洗滌氣體以除去過量的氨,然後用強硫酸乾燥。使用稀酸將其從氨中釋放出來是為了避免溫度升高的危險,如果氨大量過量進入氨中。
通過 $ \ ce {NH4NO2} $的熱分解被認為是一種相當不方便的分解,可能會導致爆炸。
通過仔細加熱溶液可以製備少量的氮氣亞硝酸銨(亞硝酸鈉和氯化銨的分子比例)。 [...]不建議使用該方法,因為該方法難以控制,並且氮通常會被氮的氧化物污染,尤其是當該作用變得劇烈時。
使用“火山演示”(重鉻酸銨的熱分解)作為較為安全的替代方法:
$$ \ ce {(NH4)2Cr2O7 -> [\ pu {170 .. 190 ^ \ circ C}] Cr2O3 + N2 ^ + 4 H2O ^} \ tag {2} $$
如今,各種來源為反應類型(1)提供了略有偏差的技術。其他金屬氧化物,例如$ \ ce {TiO2} $,$ \ ce {V2O5} $,$ \ ce {MnO2} $,在摻雜了稀土的二氧化矽和氧化鋁負載的基底上的二元和三元混合物(Y,大部分都可以在較低的溫度下進行選擇性催化氧化[2,3]。 Carpenter,J. A.實用化學教科書; J. & A. Churchill,1921年( Google圖書)。
如果您不需要壓縮氮氣,則有一種令人難以置信的簡單,廉價和簡便的方法來製造純度接近99%的氮氣。當我只需要少量的氮氣或需要在沒有活性氧的情況下進行反應時,我便在化學實驗中使用了這種方法。
只需從沃爾瑪或許多其他來源購買暖手器。使用重型,可重新密封的大袋子,並儘其所能盡其所能地填充普通無污染的空氣。將暖手器放到那裡,它將吸收幾乎所有的氧氣,從而使您剩下大約1%的“自然”氣體。就我個人而言,我粘上一個不漏氣的小橡膠管(也可以從沃爾瑪或任何寵物商店找到的水族館起泡器軟管),然後用一個小的但結實的彈簧夾將其夾緊(儘管還會有其他夾子)。我發現暖手器會在失去吸收氧氣的能力之前變乾,所以我將一端切開,用洗衣夾密封(以防止內容物濺出,弄得一團糟),現在輕輕噴一下然後從一個流浪者瓶中噴出薄霧。但是,如果您不擔心這些包裝袋中所含的碳,鐵粉和食鹽(都非常無害),則可以將包裝袋切開,然後將其傾倒在袋子的底部,然後如上所述將其噴霧一次。而。您會驚奇地發現它們能持續多久,以及僅用一個保溫袋就能得到多少個裝滿氮氣的袋子。如果您不擔心將多餘的熱量添加到O2淨化的實驗中,只需將暖手器放入裝有密閉燒杯的袋子中。否則,您可以通過插入軟管並擠滿氮氣的袋子從另一個袋子,容器中清除空氣。
根據維基百科,您可以通過加熱金屬疊氮化物生成純氮,從而釋放出氮和金屬。疊氮化鈉不是很貴。
$$ \ ce {2NaN_3 ->2Na + 3N_2} $$ span> pan> p> 但是,正如您可能預期的那樣,這可能不是一個非常安全的反應,因為當您要求進行高產率的氮氣反應時,我想到的第一個反應是TNT,儘管那不會提供所需的純淨產量。疊氮化物也具有爆炸性。疊氮化鈉用於汽車安全氣囊和飛機逃生斜槽,在這種情況下,確切的反應可用於快速膨脹這些安全功能。然後將形成的金屬鈉進一步與危險較小的鈉化合物反應。
要產生氮,您可以將硝酸鉀,鹽酸和鋅混合在一起,會產生氮,副產物是氯化鋅,氯化銨和氯化鉀,然後將氮與一些HCl蒸氣混合,可以通過在水中鼓泡除去。
一氧化二氮的燃燒也會產生氮氣。
亞硝酸銨的熱分解:$$ \ ce {NH4NO2 -> N2 + H2O} $$
與熱反應的重鉻酸銨僅產生一種氣態產物氮氣。通過起泡器過濾以除去其中的顆粒。反應方程式和化學計量比請參見Wikipedia。