Файл: Эпштейн Д.А. Химия в промышленности учеб. пособие по факультатив. курсу для учащихся X классов.pdf

рода вы познакомитесь позднее, когда будете изучать техноло­

3.Одним из критериев оценки промышленных катализаторов является их производительность. Дайте определение этого понятия.

4.Почему выход аммиака на установках синтеза не достигает 100%? Назовите две причины.

но-каталитических реакций используют при выборе оптимальных условий уп­

9. Укажите перспективы совершенствования промышленного синтеза ам­ миака. (Можно наметить три предложения, относящиеся к проблеме катали­ за.]

10. Дайте сравнительную оценку изученных вами способов фиксации ат­ мосферного азота. Результат вашей работы представьте в виде таблицы из трех столбцов, в первом из которых перечислите показатели, по которым со­ поставляют оба способа, во втором — их значения и в третьем — ваши вы­ воды по каждому показателю.

В заключение сформулируйте ваше мнение о возможных путях дальней­ шего развития производства азотных соединений из азота воздуха. Разуме­ ется, ваши ответы будут полнее и интереснее, если вы воспользуетесь допол­ нительной литературой*

° 1955 1960 1965 WO 1975 I960

Г оды*

па основе этих данных главные направления ее практического использования, обдумаете, из какого сырья и какими способами целесообразно получать ее на заводах.

Свойства азотной кислоты. Чистая (100-процентная) азотная

При обычной температуре эта кислота неустойчива. Ее вод­ ные растворы более устойчивы, причем стабильность растет с увеличением разбавления. Одновременно, по мере понижения концентрации, слабее проявляются ее окислительные свойства. При нагревании разбавленных водных растворов кислоты обра­

азотной кислоты совсем исчезает. Пар над такой жидкостью со­

щество, при постоянной температуре. Следовательно, перегон­ кой невозможно получить из разбавленных растворов кислоту

Рис. 15. Температуры кипения водных растворов азотной кислоты.

более высокой концентрации. Производство концентрированной азотной кислоты осуществляется посредством операций, с кото­ рыми 'вы познакомитесь позднее.

В отличие от серной кислоты азотная кислота содержит пи­ тательный элемент — азот (впрочем, и сера необходима расте­ ниям, но на большинстве почв растения не нуждаются в серных удобрениях). Вносить в почву целесообразно соли азотной кис­ лоты.

Азотная кислота обладает окислительными свойствами, кото­ рые присущи также ее солям и некоторым оксидам азота.

Как практически используют это свойство? Каков состав порохов и взрывчатых веществ на основе аммиачной селитры?

При взаимодействии азотной кислоты с некоторыми органи­ ческими соединениями образуются нитросоединения. Это свойст­ во азотной кислоты используют уже в течение многих десятков лет для производства многих, имеющих очень большое значе­ ние синтетических органических продуктов: красителей, лекар­ ственных и взрывчатых веществ.

Можно сделать вывод, что области применения азотной кис­ лоты разнообразны и чреавычайно важны. Объем ее производст­ ва исчисляется десятками миллионов тонн в год и быстро растет. До 80% азотной кислоты расходуется для производства удобре­ ний.

Промышленность выпускает несколько сортов кислоты, отли­ чающихся прежде всего концентрацией: концентрированная кис­ лота содержит 97—98% H N 0 3 , разбавленная (ее называют «сла­ бой», что неправильно,— почему?)—45—60% HN0 3 .

Зная свойства азотной кислоты, вы можете ответить на вопрос: почему необходимо выпускать растворы азотной кислоты различной концентрации?

§ 2. Из какого сырья и посредством каких реакций

производят азотную кислоту

Так как вы уже знакомы с проблемой фиксации молекуляр­ ного азота, вы предложите в качестве сырья для получения -азотной кислоты синтетический аммиак. Этот ответ правиль­ ный — сейчас во всем мире получают азотную кислоту из син­ тетического аммиака. Но ведь синтез аммиака начал широко

56

распространяться лишь в 20—30-х годах нашего века, а потреб­ ность в азотной кислоте появилась значительно раньше (когда, в связи с чем?).

образуется из 1 т аммиака, если все реакции протекают до конца в нужном направлении. Эти вычисления проведите, не составляя уравнений реакций.

Основные стадии производства азотной кислоты из аммиака:

чтобы расход аммиака был минимальным, производительность

Однако если проводить реакцию в присутствии некоторых веществ, например платины, оксида железа (III), то наряду с азотом образуются и другие продукты. В зависимости от усло­ вий, при которых проводят реакцию, получают преимуществен­ но N0 или N 2 0:

57

Реакции, которые протекают с образованием не одного ряда

При физико-химическом исследовании таких -реакций большое

реализуемых условиях не идут в обратную сторону. Следова­ тельно, ошибочно считать, что можно изменить направление ре­ акции, создавая условия, более благоприятные для смещения равновесия в сторону образования того или иного продукта.

Какова роль катализатора в данной реакции? Очевидно, роль катализатора в разветвленной реакции иная, чем в неразветвленной. При окислении оксида серы S02 катализатор ускоряет течение реакции в одном, единственно возможном направле­ нии, катализаторы характеризуются различной активностью: на­ пример, на платиновом катализаторе реакция протекает значи­ тельно быстрее, чем на оксиде железа (III) . При окислении ам­ миака на разных катализаторах реакция протекает с образова­ нием различных продуктов: на одних катализаторах образуется

тивности; они неодинаково ускоряют то или иное из возможных направлений и поэтому изменяют направление реакции.

Какие катализаторы дают возможность окислять аммиак пре­ имущественно в оксид азота N0? На сплавах платины с родием и другими металлами реакция протекает быстро, в десятитысяч­ ные доли секунды, и, что особенно важно, до 98% аммиака пре­ вращается при благоприятных условиях в оксид азота NO, а остальные 2% — в азот. Эти катализаторы сохраняют свою ак­ тивность в течение года и более.

Известны и другие катализаторы окисления аммиака, на ко­ торых образуется преимущественно N0 . К ним относятся оксид железа Fe2 03 , оксиды кобальта и других металлов. Реакция протекает на них медленнее. Но, как вы уже знаете, наиболее важным свойством катализатора в реакциях этого типа явля­ ется их селективность. Некоторые из оксидных катализаторов в этом отношении нисколько не уступают платиновым, но отли­ чаются от них тем, что их избирательность уменьшается уже че­ рез 2—3 недели.

хиометрическом отношении реагентов (1,25 объема кислорода на

58