奧斯特瓦爾德法簡介
編輯奧斯特瓦爾德法是一種用于制造硝酸 (HNO3) 的化學工藝。 威廉·奧斯特瓦爾德 (Wilhelm Ostwald) 開發了該工藝,并于 1902 年為其申請了專利。奧斯特瓦爾德法是現代化學工業的中流砥柱,它為最常見的化肥生產提供了主要原材料。 從歷史上和實踐上看,奧斯特瓦爾德法與哈伯工藝密切相關,哈伯工藝提供必要的原材料氨 (NH3)。
描述
編輯xxx階段
氨分兩個階段轉化為硝酸。 在催化劑如含 10% 銠的鉑、熔融石英棉、銅或鎳上的鉑金屬的存在下,通過用氧氣加熱將其氧化,形成一氧化氮(氮 (II) 氧化物)和水(以蒸汽形式存在)。 該反應強烈放熱,一旦開始就成為有用的熱源:
4 NH 3 ( g ) + 5 O 2 ( g ) ? 4 NO ( g ) + 6 H 2 O ( g ) {\displaystyle {\ce {4 NH3 (g) + 5 O2 (g) -> 4 NO (g) + 6 H2O (g)}}} (ΔH = ?905.2 kJ/mol)
第 2 階段
第二階段包括兩個反應,并在含水的吸收裝置中進行。 最初一氧化氮再次被氧化產生二氧化氮(氧化氮(IV))。 然后這種氣體很容易被水吸收,產生所需的產物(硝酸,盡管是稀釋形式),同時將其中一部分還原為一氧化氮:
2 NO ( g ) + O 2 ( g ) ? 2 NO 2 ( g ) {\displaystyle {\ce {2 NO (g) + O2 (g) -> 2 NO2 (g)}}} (ΔH = ?114 kJ/mol)3 NO 2 ( g ) + H 2 O ( l ) ? 2 HNO 3 ( aq ) + NO ( g ) {\displaystyle {\ce {3 NO2 (g) + H2O (l) -> 2 HNO3 (aq) + NO (g)}}} (ΔH = ?117 kJ/mol)
NO 被回收,酸通過蒸餾濃縮到所需的強度。
并且,如果最后一步是在空中進行:
4 NO 2 ( g ) + O 2 ( g ) + 2 H 2 O ( l ) ? 4 HNO 3 ( aq ) {\displaystyle {\ce {4 NO2 (g) + O2 (g) + 2 H2O ( l)-> 4 HNO3 (aq)}}} (ΔH = ?348 kJ/mol)。[在吸收塔中]。
xxx階段的典型條件(有助于約 98% 的總產率)是:
需要考慮的一個并發癥是xxx步中的副反應,將一氧化氮還原為氮氣:
4 NH 3 + 6 NO ? 5 N 2 + 6 H 2 O {\displaystyle {\ce {4 NH3 + 6 NO ->; 5 N2 + 6 H2O}}}
這是通過減少氣體混合物與催化劑接觸的時間來最小化的副反應。
總體反應
總反應是xxx個方程的總和,3次第二個方程,2次最后一個方程; 全部除以 2:
2 NH 3 ( g ) + 4 O 2 ( g ) + H 2 O ( l ) ? 3 H 2 O ( g ) + 2 HNO 3 ( aq ) {\displaystyle {\ce {2 NH3 (g) + 4 O2 (g) + H2O (l) -> 3 H2O (g) + 2 HNO3 (aq)}}} (ΔH = ?740.6 kJ/mol)
或者,如果最后一步在空氣中進行,則總反應是方程式 1、2 乘以方程式 2 和方程式 4 的總和; 全部除以 2。
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