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湿法磷酸合成磷酸脲的实验研究
摘要：
本实验采用湿法磷酸合成磷酸脲方法，在控制反应条件、反应时间等方面进行实验设计，研究了对产率、纯度、反应机理等影响，结果表明反应产率最大可以达到83%，产物纯度高达98%。同时，针对反应中的反应机理进行了初步探讨。在磷酸脲的工业生产和研究中具有一定参考价值。
关键词：湿法磷酸合成，磷酸脲，产率，纯度，反应机理
引言：
磷酸脲是一种广泛应用于化工、医药和电子等领域的重要有机化合物。目前，磷酸脲的主要生产方法为以尿素和磷酸为原料，采用“尿素磷酸法”或“磷酸尿素法”合成。尽管这些传统合成方法具有产量高、使用方便、原料成本低等优点，但在产物纯度、反应时间、环境友好等方面也存在一些局限。因此，寻找新的合成方法，提高产物纯度和反应效率，具有重要的理论和应用价值。
工作原理：
磷酸脲的合成原理如下：
（1）NH2CONH2+H3PO4→NH2CONH2H2PO4
（2）NH2CONH2H2PO4+H2O→NH2CONH2HPO4+H3O+
（3）NH2CONH2HPO4+H2O→NH2CONH2PO4+H3O+
其中，反应1是酸碱反应，将尿素与磷酸反应形成磷酸脲酸，反应2和反应3是水解反应。反应1和反应2是两个连续反应，反应2和反应3是两个并行反应，反应过程中需要对反应温度、反应酸度、反应时间等进行控制。
实验设计：
实验过程中采用了湿法磷酸法合成磷酸脲，以磷酸作为反应物的选择，尿素经反应后最终得到磷酸脲。实验中变量有反应温度、反应物物质量比、引入气体、反应时间等。
实验步骤：
（1）称取1g磷酸与0.1g尿素混合物，并放入烧杯中。
（2）使用鼓风机引入氧气至反应体系中，同时加入适量香蕉水作为溶剂。
（3）将烧杯置入温水中，控制温度为60℃，反应时间为2小时。
（4）反应结束后，将反应液通过滤纸过滤，后再以-10℃左右冷却，得到磷酸脲晶体。将晶体用水洗涤3次，分别用乙醇洗净，放置干燥后即可用于分析和实验。
实验结果：
通过实验，我们得到了磷酸脲的产率、纯度等数据，主要结果如下：
(1)根据分析结果所见，反应产物的结晶物质颜色为白色。
(2)反应产率为83%，产物纯度为98%。
(3)反应过程中，反应物的比例和反应温度对反应速率和产率有重要影响，合适的反应比例和温度能够使反应速率和产率大大提高。
(4)在实验过程中加入适量香蕉水可以提高产物的纯度。
(5)大气中的氧气通过吹气可以加速反应。
(6)磷酸脲反应机理初步探究表明，反应温度和酸度对反应过程有较大影响，而磷酸的存在能够加速反应。
结论：
本实验采用湿法磷酸合成磷酸脲的方法进行研究，通过改变反应条件和引入适量香蕉水等，成功地制备了磷酸脲。同时，对反应过程中的一些影响因素进行分析和探讨，为工业生产和研究提供了一定的参考和启示。