“二氧化氮与水反应”的实验探究

在探究教学中,我们自制了“二氧化氮与水反应”微型实验装置,并引导学生对NO2的制取、收集、NO2与水反应的定性和定量等方面进行实验探究和理论分析,使学生体验化学研究过程,激发学习化学的兴趣,较好地探索和验证了氮化物存在的多种形态和反应体系的复杂性。     

浓硫酸不能干燥NO2的实验探究

二氧化氮为红棕色、有强烈刺激性气味、有毒性的气体.易溶于水,且能与水反应的一种酸性氧化物.在实验室制取NO2时,能否用浓H2SO4来干燥NO2气体,一般化学参考资料都没有明确指出,大学教材[1]中的有关内容也是如此.但是目前在一些权威性著作[2]中出现"浓硫酸可以用来干燥NO2气体".在一些高中化学复习资料中,用浓硫酸来干燥NO2的练习和测试题频频出现.然而,这是一个十分明显的科学性错误.下面笔者就先用2个实验的客观现象来说明浓硫酸不能用于干燥二氧化氮气体.     

锌与硝酸铜溶液反应的实验探究

Zn与Cu(NO3)2溶液发生反应,Zn置换Cu(NO3)2 溶液中的Cu,生成Cu和Zn(NO3)2,这似乎是理所当然的简单反应,但实验的现象却不是想象的那么简单: [实验1] 在一支大试管中注入1/3试管的1 mol/L Cu(NO3)2溶液,插入一块Zn片(高于液面的长度),静置观察,结果发现:①在反应的初期,Zn片上有大量气泡冒出,同时液面的上一层Cu(NO3)2溶液开始呈显绿色,并且逐渐向液面下的深处扩散,试管底部有红色的Cu泥出现.     

富氧条件下钯催化剂上氢气还原氧化氮微观反应动力学研究

 通过单位键指标-二次指数势(UBI-QEP)方法估算反应的表观活化能进行反应机理的随机模拟,并结合实验结果研究了富氧条件下Pd基催化剂上H2还原NO的反应. 结果表明,反应的控制步骤是H2吸附活化产生H*(*表示活性位,H*表示吸附的H原子)的过程,当反应温度低于270 ℃时, H*来自基元反应O*+H*2OH*+H*,反应温度上升到310 ℃时, H*2+*2H*成为H*的主要来源. NO以(NO)*2的形式吸附在Pd催化剂表面,还原产物N2O来自两条途径,分别是(NO)*2的分解以及相邻的两个NO*分子之间的结合; N2主要来自N2O*的分解以及相邻的N*和NO*分子的结合; NH3则由中间产物HNO*经过逐步加氢生成. 富氧条件下, NO和O2之间存在吸附和反应的竞争,低温下NO在Pd表面的吸附几率远大于O2, 此时H2优先还原NO. 反应温度的升高导致各物种的吸附能力下降,其中NO的降低最明显,因此高温下催化剂表面的主要吸附物种由NO变为O2, 此时H2优先与O2反应. 在150～310 ℃范围内,实验结果和模拟数据非常吻合.     

苯硝化反应中电子转移反应重组能的计算

提出了重组能的量子化学算法,在用CISD/6-31G基组水平上,得到苯硝化反应中反应物及过渡态的结构.并计算了各自交换电子转移反应以及交叉电子转移反应的重组能,同实验重组能进行了比较.计算用了Gaussian 94程序.从重组能的角度分析了苯硝化反应.结果表明,对于NO2++NO2→NO2+NO2+的自交换电子转移反应,重组能较大,结论为: 在芳烃硝化反应中,存在以NO2+为氧化剂的电子转移步骤的可能性很小,而从动力学的角度上,用NO+作反应的氧化剂更有可能.     

二氧化氮溶于水定量实验的设计与研究

设计了NO2溶于水的定量实验。实验发现,把装满NO2的试管倒立于水中,待数分钟后试管内液面基本稳定,此时管内液体上升的体积远大于试管容积的2/3,若等待时间足够长(14 h),液体可充满整个试管。进一步研究表明,造成这种现象的可能原因,一方面与制取NO2时浓硝酸的饱和蒸气压有关,另一方面与NO自身溶于水并与水溶氧反应有关,还与NO能溶于稀硝酸有关,而与NO2的二聚无关。液体能充满整个试管可能应与氧气在水中的扩散有紧密关系。     

无氧条件下钯催化剂上氢气还原氧化氮的微观反应动力学研

 通过单位键指标-二次指数势方法(UBI-QEP)进行能学数据计算以及随机模拟,并结合实验结果,研究了无氧条件下反应温度对Pd基催化剂上H2还原NO的反应产物分布的影响. 结果表明, NO以(NO)*2(*表示活性位, (NO)*2表示吸附的(NO)2分子)的形式吸附在Pd催化剂表面参与反应. 还原产物N2O来自两条途径,分别是(NO)*2的分解和相邻NO*分子的结合; N2来自N2O*的分解; NH3则由(NO)*2与H*反应形成中间产物HNO*, 继而逐步加氢产生. 随着反应温度的升高,Pd催化剂表面H*的覆盖度随之下降, H2还原NO反应的控制步骤相应改变,产物的选择性也随之变化. 在70～310 ℃的反应温度区间,模拟数据和实验结果非常吻合,低温下主要进行(NO)*2分解产生N2O*的反应,还原产物以N2O为主; 高温下主要进行(NO)*2加氢产生HNO*的反应,还原产物以NH3为主; 受此影响, N2的选择性先增加后减少,峰值小于50%. 据此提出了反应机理的网络模型图.     

配合物构型、配体结构及反式效应对Ru(Ⅱ)吡啶类配合物中NO2配体在酸催化下反应机理的影响

顺-Ru(bpy)2(NO2)2和反-Ru(bpy)2(NO2)2(bpy=2,2-联吡啶)组成完全相同,但配合物的构型不同.反-Ru(bpy)2(NO2)2和反-Ru(py)4(NO2)2(PY=吡啶)两个配合物构型相同,辅助配体相同,但主配体有差异.本文通过在不同或相似条件下,上述三个配合物中辅助配体NO2-在酸催化下的反应结果的对比,探讨了配合物中的NO2-在酸催化下的反应机理(缔合或解离)与配合物构型、配体结构以及配体反式效应性质之间的关系.当反应配体对位为NO2-等反式效应较强的基团时,反应倾向于以解离机理发生配体取代反应.若对位为OH-等反式效应较弱的基团时,倾向于发生No2-配体的分解反应.在顺式联吡啶二硝基化合物中.酸催化下只发生配体分解反应.通过对比得出,处于反应配体(No2-)反位的配体的性质,特别是反式效应性质的强弱,会明显影响或改变配体取代反应的机理(解离或缔合)或反应类型(取代或分解),有时甚至是影响反应机理或反应方式的主要因素.无论在反式还是在顺式构型的配合物中,bpy的约束构型会影响过渡态的稳定性,进而影响反应发生的机理.     

羟氨(H2NOH)重排反应的理论研究

羟氨H_2NOH是人们所熟知的分子,但至今还没有确切的实验证据证实有氨氧化物H_2NO的存在,尽管其取代物R_3NO已被分离出。鉴于类羟氨R_2NOH和N-氧化物在生物学上的重要意义,研究H_2NOH和H_3NO的结构以及二者重排反应的动力学行为就成了一个重要课题。本文用内禀反应坐标方法对此反应进行了反应路径解析,并给出了沿反应途径上的振动频率相关。     

金属羰基化合物M(CO)6(M=Cr,Mo, W)氧原子转移反应动力学与机理

本文研究了PPh3存在与不存在的情况下, M(CO)6(M=Cr, Mo, W)与三甲胺氧化物me3NO在CH2Cl2中的氧原子转移反应动力学. 反应速率遵循: r=k[M(CO)6][Me3NO], 并且rW>rMo>rCr, 并根据实验结果提出了反应机理, 讨论了溶剂对反应速率的影响.     

Fe/Fe_2和NO反应的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论(Density Functional Theory)中的B3LYP方法在6-311+G(d,p)的计算水平上研究了Fe/Fe_2与NO反应的相关微观机理.全参数优化了Fe+NO和Fe_2+NO反应体系在不同重态反应势能面上各驻点的几何结构,并用频率分析法以及内禀反应坐标(Intrinsic Reaction Coordinate)方法对过渡态进行了验证,得到了相对应的反应的微观反应路径.用"两态反应"分析反应机理,计算结果表明2个体系的优先选择路径均为低自旋态进入和高自旋态离开反应.通过对2个体系反应活化能的比较,Fe_2+NO体系更易进行.     

Cu-ZSM-5分子筛催化分解及选择性催化还原NO

Cu-ZSM-5分子筛因具有高的催化脱除NO活性和对环境友好等优点而引起广泛关注。本文从NO分解反应、以NH3为还原剂选择性催化还原NO(NH3-SCR-NO)和以碳氢化合物为还原剂选择性催化还原NO(CH-SCR-NO)三个方面综述了Cu-ZSM-5分子筛催化脱除NO反应机理和催化剂改进方面的研究进展,并对该领域存在的问题和发展前景做了总结和展望。Cu-ZSM-5分子筛催化分解NO被认为是最具有吸引力的脱硝方法,其通过Cu+的氧化还原过程和N2O的生成来实现;Cu-ZSM-5分子筛上NH3-SCR-NO反应具有较高的NO脱除效率,NO首先被氧化为NO2,NO2再与NH3结合为NH4NO3,NH4NO3再进一步与NO反应生成N2;CH-SCR-NO反应是利用贫燃发动机尾气中未完全燃烧的碳氢化合物为还原剂,一般认为碳氢化合物与氮氧化物生成硝基烷或亚硝基烷,再经异氰酸酯或氰化物生成终产物N2。Cu-ZSM-5分子筛存在水热稳定性差和易发生二氧化硫中毒等缺点,通过引入第二金属组分和制备整体式催化剂方法可显著改善Cu-ZSM-5分子筛的催化性能。系统了解NO脱除反应机理和活性位的作用机制可为催化剂的改进奠定理论基础,同时也有助于设计合成新型高效、环境友好的脱硝催化剂体系。     

时间分辨红外发射光谱研究C2H3+NO反应体系

C2H3是一个不饱和自由基及烃类化合物燃烧过程中的重要中间体,它的基元反应是影响燃烧过程速率和最终产物的重要反应.已有人在实验和理论方面研究了C2H3和O2,H2等体系[1－12]的基元反应,但迄今为止,我们还没有看到对于C2H3＋NO体系的研究报导.本文报导了用时间分辨傅立叶变换红外发射光谱（TR-FTIR）研究C2H3＋NO基元反应的结果.1实验　　C2H3自由基是在248nm（KrF激光,Lambda,Physik,LPX305i,单脉冲能量约为110mJ）光解C2H3Br产生的.时间分辨傅立叶变换红外发射光谱（FTIR）方法在我们以前的文章中已有介绍[13].实验…     

银催化剂用于氮氧化物的还原和分解

实验采用Ag2 O ,Ag3 0 Si70 合金和Ag离子交换的ZSM 5分子筛 ,研究了NO的直接催化分解和以CO ,NH3 等作为还原剂的选择还原反应 .结果表明 ,在合适的条件下 ,实验中采用的Ag基催化剂均具有一定的NO分解活性 .当反应温度低于 80 0K时 ,NO在AgZSM 5上的直接分解给出了近 2 0 %的N2 转化率 ;相似条件下 ,适量CO和NH3 的加入大大提高了反应的活性和催化剂寿命 .氧的存在促进了NO在催化剂表面的吸附 ,从而导致了选择还原温度的降低 .当气相中氧气大大过量 (O2 ∶H2 O =18∶1) ,反应温度为 6 0 0K时 ,NO在Ag ZSM 5催化剂上氨还原生成N2 的转化率仍能达到近 70 %     

关于NO_2、NO与Na_2O_2反应的探究

关于NO2、NO与Na2O2能否反应的问题，一些文献［1，2］已有了肯定，但其反应结果却与本人多次实验结果有较大出入；且NO与Na2O2反应时，也未保证NO的纯度，尚难说明问题。现将本人实验及其结果报告如下。一、实验及结果1．当Na2O2过量时，NO2与Na2O2。的反应在干燥的锥形瓶中加两小匙过氧化钠（保证纯度）粉末，将NO2通入锥形瓶中，迅速塞上瓶塞，可看到锥形瓶中NO。的棕色迅速变为无色。反应剧烈，放出大量的热，使锥形瓶瓶底烫手（若NO。气流较大，能使Na。0。表面闪现火花，以致使锥形瓶炸裂）。反应结束后，打开瓶塞（很难打…     

纳米金催化的绿色合成与清洁反应研究新进展

近年来,基于多相纳米金(Au)催化的绿色合成与清洁反应研究引起了人们的广泛关注。与传统的铂族金属催化剂相比,纳米Au催化剂在控制反应选择性、高收率获得目标产物以及实现高效简约的一锅法串联反应合成等符合"原子经济"及"步骤经济"等绿色化学理念的新反应及新过程方面展现了其独特的优势,已成为当前绿色催化领域研究的热点和前沿。主要综述了我们研究小组在纳米Au催化绿色合成领域,尤其是利用纳米Au催化高效制取含氮精细有机化合物及生物质资源高值化利用方面所取得的研究进展,介绍了各类反应的特点、优势及在合成中的应用。     

细胞色素C与NO的反应机制

细胞色素C(Cytochrome C,Cyt C)与NO(由NO供体药物proliNONOate提供)之间的反应已在电化学和医疗方面受到重视,而直接与NO气体作用尚未得到关注;且前者主要是从Q带进行分析的,Soret带未提及。本文采用紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、电子顺磁共振(EPR)光谱、紫外可见时间过程光谱以及同步荧光光谱等方法同时分析了其Soret带与Q带的变化,探讨了不同价态的Cyt C与NO气体结合及解离反应的过程。结果表明:Cyt C与NO相互作用时,无论是高铁细胞色素C(ferric cytochrome C,Fe(Ⅲ)-Cyt C)还是亚铁细胞色素C(ferrous cytochrome C,Fe(Ⅱ)-Cyt C),反应产物都是细胞色素C配合物(Cyt C-NO);Fe(Ⅱ)-Cyt C先被NO氧化生成Fe(Ⅲ)-Cyt C,之后再与NO结合生成Cyt C-NO,Fe(Ⅲ)-Cyt C则直接与NO结合生成Cyt C-NO。Cyt C-NO是一种不稳定的配合物,当通入少量NO时Cyt C-NO很快解离生成Fe(Ⅲ)-Cyt C,其解离速率为(0.005 07±0.001) s^-1,是与供体药物结合所形成配合物解离速率的十分之一;NO过量时,生成的Cyt C-NO不会再发生解离。对实验结果分析,得出Cyt C与NO配位反应机制为溶液中的NO进入Heme腔内,Fe-S断裂,Fe-N间形成新的配位键,NO气体可以直接与Cyt C反应,生成的配合物比供体药物稳定,同时Soret带具有明显变化。这对于利用NO来缓解细胞内的氧化压以及利用NO检测细胞内呼吸类酶的变化,进而检测细胞凋亡具有重要意义。     

“甘油与氢氧化铜反应”的实验探究

在实验的基础上探讨用不同方法制得的"新制Cu（OH)2"与甘油反应以及Cu（OH)2粉末在一定条件下与甘油反应,根据实验现象的分析,从而得出要让本实验现象明显,应如何配制"新制Cu（OH)2"的结论,以及通过实验揭示了"新制Cu（OH)2"与甘油反应的实质。     

焦炭催化CO还原NO的反应机理研究

利用密度泛函理论,研究了焦炭催化作用下CO还原NO的化学反应机理,优化得到了均相反应路径以及在Zigzag和Armchair型焦炭表面上的异相反应路径中所有驻点的几何构型与能量,并对三条反应路径进行了动力学分析。结果表明,均相NO还原反应的活化能为254.06 kJ/mol,而Zigzag型与Armchair型焦炭表面NO异相还原反应的活化能分别为86.94与52.16 kJ/mol,说明焦炭在NO还原反应中能够起到催化作用。在焦炭表面进行的CO还原NO的反应路径经历N_2形成、N_2释放及两步CO_2释放四个阶段,最终生成一个N_2分子与两个CO_2分子。此外,通过对比不同路径下异相反应的能量变化与动力学参数可知,焦炭表面结构对NO还原反应特性存在较大影响;与Zigzag型焦炭表面相比,基于Armchair型焦炭表面的NO还原反应决速步能垒值更低且反应速率更快,表明在Armchair型焦炭表面上的NO还原反应更易进行。     

勿用盐酸与氯酸钾反应制取氯气

一些化学教师常用盐酸与KClO3反应制取Cl2。确实,用盐酸与MnO2反应制取Cl2既需加热,产气又较慢,实验中诸多不便。