Как из аммиака получить азотную кислоту

Получение азотной кислоты

Содержание

1. Общее описание
2. Получение
3. Применение
4. Что мы узнали?

Бонус

• Тест по теме

Общее описание

Формула азотной кислоты HNO₃. Это сильная бесцветная кислота с резким запахом. Она неограниченно растворима в воде. Имеет небольшие температуры плавления (-41°C) и кипения (82,6°С). Плотность кислоты – 1,52 г/см 3 .

Рис. 1. Азотная кислота.

Концентрированная азотная кислота выделяет ядовитые газы – оксиды азота. Азотная кислота окисляет органические вещества: разрушает бумагу, натуральную ткань, вызывает ожоги на коже.

Азотная кислота в небольшом количестве образуется в дождевой воде при разрядах молнии.

Получение

Азотную кислоту впервые получили алхимики из селитры и железного купороса при термической реакции:

В современной химии существуют лабораторные и промышленные способы получения азотной кислоты. В лабораториях кислоту получают путём нагревания смеси из нитратов и концентрированной серной кислоты:

В промышленности азотную кислоту получают окислением аммиака. Метод осуществляется в три этапа.

Сначала аммиак окисляют на платиновых катализаторах до оксида азота (II):

Это реакция необратима.

Оксид азота (II) или монооксид окисляют до диоксида или оксида азота (IV):

Конечным этапом является поглощение диоксида азота водой в избытке кислорода:

Все реакции протекают с выделением тепла, т.е. являются экзотермическими. Две последние реакции обратимы, поэтому итоговая концентрация чистой азотной кислоты невысока (45-58 %).

Рис. 2. Установка для получения азотной кислоты промышленным способом.

Для повышения концентрации в реакции оксида азота (IV) с водой смещают равновесие, увеличивая давление. Также разбавленную азотную кислоту могут смешивать с серной кислотой и нагревать. Азотная кислота испаряется и конденсируется.

Лабораторный метод получения азотной кислоты обнаружил немецкий алхимик Иоганн Рудольф Глаубер в XVII веке.

Рис. 3. Иоганн Рудольф Глаубер.

Применение

Азотная кислота используется:

• при производстве удобрений;
• в изготовлении взрывчатых веществ;
• в качестве окислителя ракетного топлива;
• для травления печатных форм в типографии;
• при изготовлении красок и лаков;
• в производстве лекарств;
• для определения золота в сплавах;
• для получения органических соединений.

Азотная кислота ядовита. При попадании на кожу разрушает белок, оставляя долго заживающие язвы.

Что мы узнали?

Азотную кислоту получают промышленным и лабораторным путём. В промышленности используется метод окисление аммиака, который включает три реакции. Сначала окисляется аммиак, затем оксид азота (II). Конечной реакцией является поглощение диоксида азота водой. Для повышения концентрации в обратимых реакциях повышают давление. В лабораториях кислоту получают действием серной кислоты на нитраты. Азотная кислота используется в промышленности для производства удобрений, взрывчатки, лекарств, красок.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4 . Всего получено оценок: 273.

Не понравилось? – Напиши в комментариях, чего не хватает.

• Неметаллы
• Химические свойства неметаллов
• Получение водорода
• Получение кислорода
• Химические свойства уксусной кислоты
• Аммиак
• Получение аммиака
• Окисление аммиака
• Фосфор
• Химические свойства фосфора
• Адсорбция
• Природные источники углеводородов
• Кристаллогидраты
• Круговорот азота в природе
• Круговорот углерода в природе
• Аллотропные модификации углерода
• Силикатная промышленность
• Сульфиды
• Сера
• Алкены
• Сероводород
• Озон
• Азот
• Раствор аммиака
• Кремний
• Оксид азота
• Химические свойства алканов
• Формула алканов
• Алканы
• Получение азотной кислоты
• Химические свойства кремния
• Соединения кремния
• Валентность кремния
• Непредельные углеводороды
• Предмет органической химии
• Азотная кислота
• Применение кислорода
• Химические свойства серной кислоты

показать все

По многочисленным просьбам теперь можно: сохранять все свои результаты, получать баллы и участвовать в общем рейтинге.

1. 1. марьям дибиргаджиева 332
2. 2. Игорь Проскуренко 263
3. 3. Надежда Лопина 204
4. 4. Елжан Джалшора 166
5. 5. Таня Хмелевская 144
6. 6. Даниил Киселёв 95
7. 7. Nura Velieva 82
8. 8. Ольга Жаркова 73
9. 9. Лада Шадрова 71
10. 10. Тихон Штельма 66

1. 1. Алина Сайбель 16,224
2. 2. Юлия Бронникова 16,160
3. 3. Кристина Волосочева 16,070
4. 4. Ekaterina 15,746
5. 5. Мария Николаевна 15,655
6. 6. Лариса Самодурова 15,395
7. 7. Darth Vader 15,011
8. 8. Liza 14,665
9. 9. TorkMen 14,326
10. 10. Влад Лубенков 13,235

Самые активные участники недели:

• 1. Виктория Нойманн – подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.
• 2. Bulat Sadykov – подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.
• 3. Дарья Волкова – подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.

Три счастливчика, которые прошли хотя бы 1 тест:

• 1. Наталья Старостина – подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.
• 2. Николай З – подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.
• 3. Давид Мельников – подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.

Карты электронные(код), они будут отправлены в ближайшие дни сообщением Вконтакте или электронным письмом.

Основы синтеза азотной кислоты в промышленности

Сырье для получения азотной кислоты

Сырьем для получения азотной кислоты служат аммиак, воздух и вода. Синтетический аммиак в большей или меньшей степени загрязнен примесями. Такими примесями являются катализаторная пыль, смазочное масло (при сжатии поршневым компрессором). Для получения чистого газообразного аммиака служат испарительные станции и дистилляционные отделения жидкого аммиака.

Атмосферный воздух, применяемый в производстве азотной кислоты, забирается на территории завода или вблизи его. Этот воздух загрязнен газообразными примесями и пылью. Поэтому он подвергается тщательной очистке во избежание отравления катализатора окисления аммиака. Очистка воздуха осуществляется, как правило, в скруббере, а затем в двухступенчатом фильтре.

Вода, применяемая для технологических нужд, подвергается специальной подготовке: отстою от механических примесей, фильтрованию и химической очистке от растворенных в ней солей. Для получения реактивной азотной кислоты требуется чистый паровой конденсат.

Методы получения азотной кислоты

Первый завод по производству HNO₃ из аммиака коксохимического производства был пущен в России в 1916 г. В 1928 г. было освоено производство азотной кислоты из синтетического аммиака [1].

Различают производство слабой (разбавленной) азотной кислоты и производство концентрированной азотной кислоты.

Процесс производства разбавленной азотной кислоты склады­вается из трех стадий:

1) конверсии аммиака с целью получения оксида азота

2) окисления оксида азота до диоксида азота

3) абсорбции оксидов азота водой

Суммарная реакция образования азотной кислоты выражается

Катализаторы окисления аммиака

Превосходство платины по активности и селективности над всеми другими видами катализаторов было показано в 1902 г. Оствальдом. Характерно, что активность к реакции окисления аммиака проявляет подавляющее большинство металлов и их соединений, но высокий выход NO (выше 90%) обеспечивают очень немногие из них.

Обладая высокой активностью и селективностью, платина имеет низкую температуру зажигания (около 200 °С), хорошую пластичность. Недостаток платины – ее быстрое разрушение при высоких температурах под воздействием больших скоростных потоков реагентов и катализаторных ядов. Это приводит к потерям дорогостоящего катализатора и снижению выхода NO, что и явилось причиной поисков каталитически активных сплавов платины с другими металлами.

Проведенные промышленные испытания показали стабильную работу катализаторов из платины с добавками палладия, а также из тройного сплава Pt-Rh-Pd; это и послужило основанием для их промышленной реализации в России.

Используемые для контактного окисления NH₃ катализаторы изготавливают в виде сеток. Такая форма катализатора удобна в эксплуатации, связана с минимальными затратами металла, позволяет применять наиболее простой и удобный в эксплуатации тип контактного аппарата. В России применяются сетки из проволоки диаметром 0,09 мм (ГОСТ 3193—74), размер стороны ячейки 0,22 мм, число ячеек на 1 см длины — 32, на 1 см 2 — 1024.

Платинородиевые (ГИАП-1) и платинородиевопалладиевые (сплав № 5) катализаторы весьма чувствительны к ряду примесей, которые содержатся в аммиаке и воздухе. К таким примесям относятся гидриды фосфора и мышьяка, фтор и его соединения, дихлорэтан, минеральные масла, ацетилен, диоксид серы, сероводород и др. Наиболее сильными ядами катализатора являются соединения серы и фтора. Примеси заметно снижают селективность катализатора, способствуют увеличению потерь платины. Для поддержания стабильной степени конверсии аммиака необходима тщательная очистка аммиачно-воздушной смеси и от механических примесей, особенно от оксидов железа и пыли железного катализатора синтеза аммиака. Пыль и оксиды железа, попадая на катализаторные сетки, засоряют их, уменьшая поверхность соприкосновения газов с поверхностью катализатора, и снижают степень окисления аммиака.

В процессе реакции окисление аммиака поверхность платиноидных сеток сильно разрыхляется, эластичные нити сеток становятся хрупкими. При этом поверхность сетки увеличивается примерно в 30 раз Сначала это ведет к повышению каталитической активности катализатора, а затем к разрушению сеток. Практикой установлены следующие сроки работы катализаторных сеток: для работы под под давлением 0,73 МПа 8-9 мес.

Как из аммиака получить азотную кислоту

§ 31. Производство азотной кислоты

Раньше, когда еще не существовало производства синтетического аммиака, азотную кислоту получали на заводах действием серной кислоты на чилийскую селитру. Кислота использовалась только для производства взрывчатых веществ, красителей и некоторых других химических продуктов. Сейчас же азотную кислоту получают из синтетического аммиака и перерабатывают главным образом в азотные удобрения.

Как из аммиака получить азотную кислоту?

Для этого необходимо провести последовательно несколько реакций, каждая из которых уже изучена вами:

Получим азотную кислоту из аммиака в лабораторной установке (рис. 21). Аммиачновоздушную смесь будем получать, пропуская струю воздуха через аммиачную воду. В горизонтально расположенной стеклянной трубке поместим зерна катализатора – окисла металла. Чтобы реакция началась, необходимо подогреть катализатор. Затем нагревание прекращаем, так как требующаяся температура поддерживается за счет теплоты реакции.

Рис. 21. Лабораторная установка для окисления аммиака

Газовая смесь, выходящая из трубки, попадает в склянку, в которой окись азота окисляется кислородом, оставшимся в смеси. В двугорлой склянке двуокись азота реагирует с водой с образованием водного раствора азотной кислоты.

На заводских установках очищенный от нежелательных примесей воздух смешивают с чистым газообразным аммиаком. Так как окисление аммиака на катализаторе из платинородиевых сплавов протекает очень быстро, катализатор применяют в виде сеток, сплетенных из тонких нитей. Пакет из нескольких сеток помещают горизонтально в контактном аппарате (рис. 22). Применяют также катализаторы, состоящие только из одной платинородиевой сетки и окислов металлов (железа и других). Благодаря этому в несколько раз уменьшается количество драгоценных металлов, используемых в качестве катализатора в азотнокислых цехах.

Рис. 22. Разрез контактного аппарата для окисления аммиака

При пуске аппарата катализатор подогревают. Через несколько минут устанавливается необходимая температура, которая затем поддерживается за счет теплоты реакции.

Из контактного аппарата так называемые нитрозные газы, содержащие около 11% окиси азота, выходят с очень высокой температурой – до 800°С. Между тем следующие реакции нужно, как мы знаем, проводить при обычной температуре. Следовательно, необходимо охладить газ, используя, разумеется, теплоту реакции для каких-либо полезных целей, проще всего для получения водяного пара. Поэтому нитрозный газ направляют в паровой котел-утилизатор.

Двуокись азота, образующуюся в результате окисления окиси азота, приводят в соприкосновение с водой. Образование азотной кислоты протекает в башнях с насадкой, с устройством которых вы познакомились, изучая производство серной кислоты. Только эти башни сооружают из листов хромоникелевой стали, стойкой к действию азотной кислоты и окислов азота.

Так как скорость окисления окиси азота в двуокись азота резко увеличивается с повышением давления, процесс проводят под повышенным давлением – до 10 ат. Объем аппаратов в таких установках значительно меньше, чем в ранее построенных установках, в которых процесс ведется под атмосферным давлением.

Вследствие обратимости реакции двуокиси азота с водой образуется разбавленная азотная кислота, содержащая только 50-60% HNО₃. Она применяется для производства азотных удобрений.

Как получить концентрированную, например 98-процентную, кислоту, необходимую для производства красителей и других органических веществ?

Можно предложить сместить равновесие:

повысив давление. Действительно, на заводах получают концентрированную кислоту, проводя реакцию при давлении около 50 ат.

Ее получают и другим способом: к разбавленной азотной кислоте прибавляют концентрированную серную кислоту. При нагревании такой смеси испаряется только азотная кислота, а вода и, разумеется, серная кислота остаются жидкими.

До сих пор еще можно наблюдать на некоторых азотнокислотных установках, что из трубы в атмосферу выбрасывается окрашенный двуокисью азота газ – “лисий хвост”. Чем это объясняется? Уловить полностью окислы азота очень трудно, так как скорость окисления окиси азота из-за низкой концентрации ее в уходящем газе очень мала.

Мы знаем, какой вред наносят окислы азота здоровью людей. Они губительно действуют и на растительность. Поэтому на современных установках уходящие газы подогревают, затем на катализаторе разлагают окислы азота и только после этого газы выпускают в атмосферу.

1. Какие общие принципы химического производства используются при А получении азотной кислоты?
2. В настоящее время проектируются агрегаты для получения азотной кислоты производительностью 1000 т кислоты в сутки, считая на 100-процентную. Сколько аммиака расходуется в таком агрегате в сутки, если выход окиси азота при контактном окислении аммиака равен 98%, а превращается в азотную кислоту 99% окиси азота? Сколько 55-процентной азотной кислоты получается “а таком агрегате в сутки? (Решите задачу, не составляя уравнений (реакций.)

Источники:

https://obrazovaka.ru/himiya/poluchenie-azotnoy-kisloty.html
https://vector-study.ru/library/tehnology/azot-k/method.html
https://chemlib.ru/books/item/f00/s00/z0000037/st032.shtml