Оствальдовский процесс

Химический процесс получения азотной кислоты

Процесс Оствальда – это химический процесс , используемый для получения азотной кислоты (HNO ₃ ). Вильгельм Оствальд разработал этот процесс и запатентовал его в 1902 году. ^{[1] [2]} Процесс Оствальда является основой современной химической промышленности и обеспечивает основное сырье для наиболее распространенного типа производства удобрений. ^[3] Исторически и практически процесс Оствальда тесно связан с процессом Габера , который обеспечивает необходимое сырье, аммиак (NH ₃ ).

Описание процесса Оствальда

Аммиак превращается в азотную кислоту в 2 стадии.

Этап 1

Процесс Оствальда начинается с безводного аммиака . Аммиак горит в кислороде при температуре около 900 °C (1650 °F) и давлении до 8 стандартных атмосфер (810 кПа) ^[4] в присутствии катализатора , такого как платиновая сетка с 10% родия , металлическая платина на кварцевой вате. , медь или никель, ^[5] с образованием оксида азота (оксид азота (II)) и воды (в виде пара). Эта реакция сильно экзотермична , что делает ее полезным источником тепла после начала: ^[6]

${\displaystyle {\ce {4 NH3 (g) + 5 O2 (g) -> 4 NO (g) + 6 H2O (g)}}}$ (Δ H = -905,2 кДж/моль)

Осложнением, которое необходимо принять во внимание, является побочная реакция на первом этапе, которая превращает оксид азота обратно в азот:

${\displaystyle {\ce {4 NH3 + 6 NO -> 5 N2 + 6 H2O}}}$

Это вторичная реакция, которая сводится к минимуму за счет сокращения времени контакта газовой смеси с катализатором. ^[7]

Этап 2

Второй этап включает две реакции и проводится в абсорбционном аппарате, содержащем воду. Первоначально оксид азота снова окисляется с образованием диоксида азота (оксида азота (IV)). ^[6] Затем этот газ легко поглощается водой, образуя желаемый продукт (азотную кислоту, хотя и в разбавленной форме), при этом часть ее восстанавливается обратно до оксида азота: ^[6]

${\displaystyle {\ce {2 NO (g) + O2 (g) -> 2 NO2 (g)}}}$ (Δ H = -114 кДж/моль)

${\displaystyle {\ce {3 NO2 (g) + H2O (l) -> 2 HNO3 (aq) + NO (g)}}}$(Δ H = -117 кДж/моль)

NO перерабатывается, а кислота концентрируется до необходимой концентрации путем перегонки .

И, если последний шаг выполняется на воздухе:

${\displaystyle {\ce {4 NO2 (g) + O2 (g) + 2 H2O (l) -> 4 HNO3 (aq)}}}$(Δ H = -348 кДж/моль). [В абсорбционной башне].

Общая реакция

Общая реакция представляет собой сумму первого уравнения, 3-кратного второго уравнения и 2-кратного последнего уравнения; все разделить на 2:

${\displaystyle {\ce {2 NH3 (g) + 4 O2 (g) + H2O (l) -> 3 H2O (g) + 2 HNO3 (aq)}}}$ (Δ H = -740,6 кДж/моль)

Альтернативно, если последний этап выполняется на воздухе, общая реакция представляет собой сумму уравнения 1, умноженную на 2 уравнения 2 и уравнения 4; все разделить на 2.

Не принимая во внимание состояние воды,

${\displaystyle {\ce {NH3 (g) + 2 O2 (g) -> H2O + HNO3 (aq)}}}$ (Δ H = -370,3 кДж/моль)

Рекомендации

1. GB 190200698, Оствальд, Вильгельм , «Усовершенствования в производстве азотной кислоты и оксидов азота», опубликовано 9 января 1902 г., выдано 20 марта 1902 г. 
2. GB 190208300, Оствальд, Вильгельм , «Усовершенствования в производстве азотной кислоты и оксидов азота и связанные с ними», опубликовано 18 декабря 1902 г., выдано 26 февраля 1903 г. 
3. Кронек, Питер М.Х.; Торрес, Марта Э. Соса (2014). Металлоориентированная биогеохимия газообразных соединений в окружающей среде . Дордрехт: Спрингер. п. 215. ИСБН 978-94-017-9268-4.
4. Консидайн, Дуглас М., изд. (1974). Энциклопедия химической и технологической технологии. Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. стр. 769–72. ISBN 978-0-07-012423-3.
5. Фойст, Лаура. «Процесс Оствальда и каталитическое окисление аммиака». Study.com . Проверено 5 января 2019 г.
6. Алан В. Джонс; М. Клеммет; А. Хигтон; Э. Голдинг (1999). Алан В. Джонс (ред.). Доступ к химии . Королевское химическое общество. п. 250. ИСБН 0-85404-564-3.
7. Гарри Бойер Вайзер (2007). Неорганическая коллоидная химия -: Коллоидные элементы . Читать книги. п. 254. ИСБН 978-1-4067-1303-9.

Внешние ссылки

• Азот и фосфор (курс общей химии), Университет Пердью
• Дрейк, Дж; «Процессы производства азотной кислоты» (1963), Международное общество удобрений (платный сайт/пароль)
• Производство нитратов: процесс Оствальда Средняя школа Карлтона; принц Альберт; Саскачеван, Канада.