一問一答『高校化学／無機／ハーバーボッシュ法・オストワルト法』

2020年04月27日　無機1044～1046

　窒素N₂と水素H₂を（　1　）を主成分とする触媒を使って、（　2　）温、（　3　）圧で反応させると（　4　）が得られる。この方法は（　5　）と呼ばれる。

(1)　四酸化三鉄　　(2)　高　　(3)　高　　(4)　アンモニア　　(5)　ハーバーボッシュ法

　以下の化合物中の窒素の酸化数を答えなさい。
　（　1　）　NH₃
　（　2　）　NO
　（　3　）　NO₂
　（　4　）　HNO₃

(1)　-3　　(2)　+2　　(3)　+4　　(4)　+5

　硝酸の工業的製造では、（　1　）を原料とし、（　2　）を触媒とする（　3　）反応が用いられる。(1)を空気と混合し、約800℃に加熱したこの触媒の網に通すと、（　4　）が生成する。これを空気中の（　5　）と反応させて（　6　）とした後、（　7　）と反応させて硝酸を得る。これらの一連の反応を一つの反応式にまとめると
　（　8　）＋　（　9　）O₂　➡　（　10　)　＋　（　11　）（順不同）
　この反応では、窒素の酸化数は（　12　）から（　13　）に変化する。この工業的製法は（　14　）と呼ばれる。

(1)　アンモニア　　(2)　白金　　(3)　酸化　　(4)　NO　　(5)　酸素　　(6)　NO₂　　(7)　水　　(8)　NH₃　　(9)　２　　(10)　HNO₃　　(11)　H₂O　　(12)　－３　　(13)　＋５　　(14)　オストワルト法

2020年04月28日　無機1047～1049

　硝酸は工業的にはアンモニアを利用して（　1　）法で製造される。この方法では⓵（　2　）を触媒としてアンモニアを約（　3　）℃で酸化し気体の（　4　）を発生させる。⓶(4)を冷却後、（　5　）中の（　6　）と反応させ気体（　7　）を得る。⓷(7)を（　8　）と反応させる。の三段階の反応で硝酸を得る。

(1) オストワルト　　(2) 白金　　(3)　８００　　(4)　NO　　(5)　空気　　(6)　酸素　　(7)　NO₂　　(8)　水

　アンモニアは次のように工業的に硝酸へと変換されている。まず、約（　1　）％のアンモニアを含む空気を、（　2　）℃で（　3　）と短時間接触させると、ただちに（　4　）が生じる。

　４NH₃　＋　（　5　）　➡　４（　6　）　＋　（　7　）・・・⓵

　次に(6)を含む混合気体を（　8　）℃に冷却すると、(6)と（　9　）が反応して、（　10　）色の気体（　11　）へと変化する。

　２（　12　）　＋　（　13　）　➡　（　14　）・・・⓶

　最後に気体(11)を（　15　）に吸収させると硝酸ができる。

　３（　16　）　＋　（　17　）　➡　２HNO₃　＋　（　18　）・・・③

(1) １０　　(2) ８００　　(3)　白金　　(4)　NO　　(5)　５O₂　　(6)　NO　　(7)　６H₂　　(8)　１４０　　(9)　酸素　　(10)　赤褐色　　(11)　NO₂　　(12)　NO　　(13)　O₂　　(14)　２NO₂　　(15)　温水　　(16)　NO₂　　(17)　H₂O　　(18)　NO　　