Оствальдский процесс - Ostwald process

В Оствальдский процесс это химический процесс используется для изготовления азотная кислота (HNO₃). Вильгельм Оствальд разработал процесс и запатентовал его в 1902 году.^[1]^[2] Оствальдовский процесс - это основа современного химическая индустрия, и он является основным сырьем для производства наиболее распространенных удобрений. Исторически и практически процесс Оствальда тесно связан с Процесс Габера, который обеспечивает необходимое сырье, аммиак (NH₃).

Описание

Этап 1

Аммиак превращается в азотную кислоту в 2 стадии. это окисленный путем нагревания с кислород в присутствии катализатор Такие как платина с 10% родий, металлическая платина на вате из плавленого кварца, меди или никеля^[3], чтобы сформировать оксид азота (оксид азота (II)) и воды (как пар). Эта реакция сильно экзотермический, что делает его полезным источником тепла после включения:^[4]

{displaystyle {ce {4 NH3 (г) + 5 O2 (г) -> 4 NO (г) + 6 H2O (г)}}}

(ΔЧАС = -905,2 кДж / моль)

2 этап

Вторая стадия включает две реакции и проводится в поглощение аппарат, содержащий воду. Первоначально оксид азота снова окисляется с получением диоксид азота (оксид азота (IV)).^[4] Затем этот газ легко абсорбируется водой, давая желаемый продукт (азотную кислоту, хотя и в разбавленной форме), в то время как сокращение часть его обратно в оксид азота:^[4]

{displaystyle {ce {2 NO (г) + O2 (г) -> 2 NO2 (г)}}}

(ΔЧАС = −114 кДж / моль)

{displaystyle {ce {3 NO2 (г) + H2O (l) -> 2 HNO3 (водн.) + NO (г)}}}

(ΔЧАС = −117 кДж / моль)

NO возвращается в цикл, и кислота концентрируется до необходимой концентрации путем дистилляция.

И, если последний шаг выполняется на воздухе:

{displaystyle {ce {4 NO2 (г) + O2 (г) + 2 H2O (л) -> 4 HNO3 (водн.)}}}

(ΔЧАС = -348 кДж / моль) [в абсорбционной башне].

Типовые условия для первого этапа, способствующие общему урожай около 98% составляют:

давление составляет от 4 до 10 стандартных атмосфер (410–1 000 кПа; 59–150 фунтов на кв. дюйм) и
температура составляет около 870–1 073 К (600–800 ° C; 1100–1 500 ° F).

Осложнение, которое необходимо учитывать, включает побочную реакцию на первом этапе, которая возвращает 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 газовых смесей с катализатором.^[5]

Общая реакция

Общая реакция является суммой первого уравнения, трехкратного второго уравнения и двухкратного последнего уравнения; все делится на 2:

{displaystyle {ce {2 NH3 (г) + 4 O2 (г) + H2O (л) -> 3 H2O (г) + 2 HNO3 (водн.)}}}

(ΔЧАС = -740,6 кДж / моль)

В качестве альтернативы, если последнюю стадию проводят на воздухе, общая реакция представляет собой сумму уравнения 1, 2 умноженного на уравнение 2 и уравнение 4; все делится на 2.

Без учета состояния воды,

{displaystyle {ce {NH3 (г) + 2 O2 (г) -> H2O + HNO3 (водн.)}}}

(ΔЧАС = -370,3 кДж / моль)

внешняя ссылка

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

[1] ГБ 190200698, Оствальд, Вильгельм, «Усовершенствования в производстве азотной кислоты и оксидов азота», опубликовано 9 января 1902 г., выпущено 20 марта 1902 г.

[2] ГБ 190208300, Оствальд, Вильгельм, "Усовершенствования в производстве азотной кислоты и оксидов азота и связанные с ним", опубликовано 18 декабря 1902 г., выпущено 26 февраля 1903 г.

[3] Фуист, Лаура. «Процесс Оствальда и каталитическое окисление аммиака». Study.com. Получено 5 января 2019.

[jones1-4] а ^б ^c Алан В. Джонс; М. Клеммет; А. Хигтон; Э. Голдинг (1999). Алан В. Джонс (ред.). Доступ к химии. Королевское химическое общество. п.250. ISBN 0-85404-564-3.

[5] Гарри Бойер Вайзер (2007). Неорганическая коллоидная химия -: коллоидные элементы. Читать книги. п. 254. ISBN 978-1-4067-1303-9.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]