アンモニア(ハーバー・ボッシュ法)と硝酸(オストワルト法)
着眼点\ce{NH3} は四酸化三鉄 \ce{Fe3O4} が主成分の触媒、\ce{HNO3} は白金 \ce{Pt} 触媒。オストワルト法は3式を1式にまとめると計算が一瞬。
\ce{N2 + 3H2 <=> 2NH3}
オストワルト法
\ce{4NH3 + 5O2 -> 4NO + 6H2O}\quad(\ce{Pt}\ 触媒) \ce{2NO + O2 -> 2NO2} \ce{3NO2 + H2O -> 2HNO3 + NO}まとめると(生じた \ce{NO} は再利用)
\ce{NH3 + 2O2 -> HNO3 + H2O}- 硝酸:光や熱で分解するので褐色瓶で保存。強い酸化剤で、銅・銀も溶かす。
- \ce{Fe, Al, Ni} は濃硝酸には不動態となり溶けない。
例題
1
原子量 H=1.0, N=14, O=16 とする。アンモニア 17 kg をすべて硝酸に変えると、質量パーセント濃度 63% の硝酸は何 kg 得られるか。
解答
まとめた式より \ce{NH3} 1 mol → \ce{HNO3} 1 mol。
\ce{NH3}(分子量17):17\times10^3\div17=1.0\times10^3\ \mathrm{mol}
\ce{HNO3}(分子量63):1.0\times10^3\times63=63\ \mathrm{kg}
63% 溶液:63\div0.63=100\ \mathrm{kg}
(検算:N原子は \ce{NH3} にも \ce{HNO3} にも1個ずつなので 1:1 で正しい)
答 1.0\times10^2 kg
\ce{NH3}(分子量17):17\times10^3\div17=1.0\times10^3\ \mathrm{mol}
\ce{HNO3}(分子量63):1.0\times10^3\times63=63\ \mathrm{kg}
63% 溶液:63\div0.63=100\ \mathrm{kg}
(検算:N原子は \ce{NH3} にも \ce{HNO3} にも1個ずつなので 1:1 で正しい)
答 1.0\times10^2 kg