오스트발트 과정

오스왈드 공정은 질산(HNO₃)을 만드는 데 사용되는 화학 공정이다. 빌헬름 오스왈드는 이 과정을 개발했고 1902년에 특허를 얻었다.^[1][2] 오스왈드 공정은 현대 화학 공업의 주축으로, 가장 보편적인 형태의 비료 생산에 주된 원료를 제공한다. 역사적으로나 실제적으로 오스왈드 과정은 필수 원료인 암모니아(NH₃)를 제공하는 하버 과정과 밀접한 관련이 있다.

설명

1단계

암모니아는 2단계로 질산으로 전환된다. 10% 로듐을 함유한 백금, 퓨전 실리카 울, 구리 또는 니켈에 백금금속 등 촉매가 있는 곳에서 산소로 가열하여 산화하여 질소산화물(질소)을 형성한다.^[3]II) 산화물(산화물) 및 물. 이 반응은 강한 발열성이므로 일단 시작되면 유용한 열원이 된다.^[4]

3( )+ 5 ( g)+ ( )+ H 2 O ( ) ${\$ {4 $NH3$ (g) + 5$O2$ ($g) ->$4 $NO$ ($g)$ + 6$H2O (g)}}}}}($ΔH = -905.2 kJ/mol)

2단계

2단계는 두 가지 반응을 포괄하며 물을 포함하는 흡수 기구에서 수행된다. 처음에는 질소산화물이 다시 산화되어 이산화질소(질소(IV)산화물이 생성된다.^[4] 이 가스는 물에 쉽게 흡수되어 원하는 제품(비산, 희석 형태는 아니지만)을 산출하는 동시에 그 일부를 다시 일산화질소로 환원한다.^[4]

g)+ O ( ) 2 2( ) ${\$2$NO$ ($g)$ + $O2 (g)$-> 2$NO2 (g)}}}}}($ΔH = -114 kJ/mol)

( g)+ H ( l)⟶ ( )+ ( ) ${\$3$NO2 (g)$+ $H2O (l)$ ->2$HNO3 (aq)$+ $NO (g)}}}}}}($ΔH = -117 kJ/mol)

NO는 재생되고, 산은 증류하여 필요한 강도로 농축된다.

그리고 마지막 단계가 공중에서 수행되는 경우:

( )+ ()+ 2 ( ) 4 3( ) ${\$+ $O2 (g)$ + 2$H2O$ (l$) -$>4$HNO3 (aq)}}}}}}}($ΔH = -348 kJ/mol)}).[흡수탑에]

전체 수율 약 98%에 기여하는 1단계의 대표적인 조건은 다음과 같다.

• 압력은 4-10 표준 대기(410–1,000 kPa, 59–150 psi)와
• 온도는 약 870–1,073 K(600–800 °C; 1,100–1,500 °F)이다.

고려해야 할 합병증은 질소산화물을 다시 질소로 되돌리는 첫 번째 단계에서 부작용과 관련이 있다.

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

이것은 기체 혼합물이 촉매와 접촉하는 시간을 줄임으로써 최소화하는 2차 반응이다.^[5]

전체반응

전체 반응은 첫 번째 방정식의 합으로, 두 번째 방정식의 3배, 마지막 방정식의 2배이다. 모두 2로 나눈 값:

${\displaystyle {\ce {2 NH3 (g) + 4 O2 (g) + H2O (l) -> 3 H2O (g) + 2 HNO3 (aq)}}}$ (ΔH = −740.6 kJ/mol)

또는 마지막 단계를 공기 중에서 수행할 경우 전체 반응은 방정식 1, 2배, 방정식 4의 합이며, 모두 2로 나눈 값이다.

물의 상태를 고려하지 않고

( g)+ 2 ( ) + 3( ) ${\se {NH3 (g)$+ 2$O2 (g)$ ->$H2O$+ $HNO3 (aq)}}}}}($ΔH = - 370.3 kJ/mol)

참조

외부 링크

• 질소 & 인(일반 화학 과정), 퍼듀 대학교
• 드레이크, G; "질산 제조 프로세스" (1963), 국제 비료 협회 (페이 사이트/패스워드)
• 니트로이트 제조: 오스왈드 공정 칼튼 종합 고등학교; 알버트 왕자; 캐나다 사스카처원