Trong công nghiệp, nitric acid được sản xuất theo 3 giai đọ̣an của quá trình Ostwald

Giải SBT Hóa 11 Bài 6: Một số hợp chất của nitrogen với oxygen

Bài 6.25 trang 25 SBT Hóa học 11: Trong công nghiệp, nitric acid được sản xuất theo 3 giai đọ̣an của quá trình Ostwald.

Giai đoạn 1: Oxi hoá NH₃ thành NO.

Nung nóng hỗn hợp gồm 1 phần thể tích ammonia và 9 phần thể tích không khí tới nhiệt độ khoảng 900^oC (xúc tác Pt-Rh):

$4{\text{NH}}_3+5{\text{O}}_2\stackrel{t^{°}}{\to }4\text{NO}+6{\text{H}}_2\text{O}$

Giai đoạn 2: Oxi hoá NO thành NO₂.

Dẫn hỗn hợp khí sau giai đoạn 1 qua hệ thống làm mát để hạ nhiệt độ:

$2\text{NO}+{\text{O}}_2\to 2{\text{NO}}_2$

Giai đoạn 3: Tổng hợp nitric acid.

$3{\text{NO}}_2+{\text{H}}_2\text{O}\to 2{\text{HNO}}_3+\text{NO}$

Khí NO sinh ra ở giai đoạn 3 được dẫn quay về giai đoạn 2 của chu trình sản xuất.
a) Xác định chất khử, chất oxi hoá trong 3 giai đoạn sản xuất trên.
b) Tại sao ban đầu cần trộn ammonia với không khí theo tỉ lệ thể tích 1:9 ? (Biết không khí chứa 21% thể tích oxygen.)

Lời giải:

a) $4{\text{NH}}_3+5{\text{O}}_2\stackrel{t^{°}}{\to }4\text{NO}+6{\text{H}}_2\text{O}$              (1)

$\Rightarrow$ Chất oxi hóa là O₂, chất khử là NH₃.

$2\text{NO}+{\text{O}}_2\to 2{\text{NO}}_2$                                      (2)

$\Rightarrow$ Chất oxi hóa là O₂, chất khử là NO.

$3{\text{NO}}_2+{\text{H}}_2\text{O}\to 2{\text{HNO}}_3+\text{NO}$            (3)

$\Rightarrow$ NO₂ vừa là chất khử vừa là chất oxi hóa.

b) Tổ hợp phản ứng của 3 giai đoạn: (1).3 + (2).6 + (3).4, thu được phản ứng chung:

12NH₃ + 21O₂ → 8HNO₃ + 4NO + 14H₂O

Tỉ lệ thể tích NH₃ : O₂ = $12:21.\frac{100}{21}=12:100=1:\mathrm{8,33}$ 

$\Rightarrow$Tỉ lệ thể tích NH₃ : Không khí gần bằng 1 : 9 (có lấy dư không khí).