Получение азотной кислоты

15.12.2018 0 Автор: admin1

азотная кислота

Реакции вещества:

  1. Окисляет иодоводород на холоду давая иод и оксид азота(II).
    6HI + 2HNO3 → 3I2 + 2NO + 4H2O
  2. В концентрации 10% реагирует с цинком давая нитрат цинка и преимущественно азот.
    5Zn + 12HNO3 (10%) → 5Zn(NO3)2 + N2 + 6H2O
  3. В концентрации 10-20% реагирует с магнием давая нитрат магния и газовую смесь с содержанием водорода до 80%.
    Mg + 2HNO3 (10%) → Mg(NO3)2 + H2
  4. В концентрации 10-20% реагирует с марганцем давая газовую смесь с содержанием водорода до 80%.
    Mn + 2HNO3 (10%) → Mn(NO3)2 + H2
  5. Растворяет селен, теллур, мышьяк.
  6. Концентрированная азотная кислота окисляет сульфид свинца до сульфата свинца.
  7. Смесь азотной и фтороводородной кислот используют для растворения кремния, титана, ниобия, тантала, циркония, гафния, вольфрама, олова и их сплавов.
  8. В смеси с концентрированной соляной кислотой растворяет золото и платину.
  9. В концентрации 68% реагирует с ртутью, цинком, медью, магнием, никелем давая нитрат металла(II), оксид азота(IV) и воду.
  10. При нагревании окисляет иод, серу, уголь, фосфор.
  11. В концентрации 30% реагирует с ртутью давая нитрат ртути(II), воду и оксид азота(II).
  12. Реагирует с металлами давая в зависимости от концентрации и активности металла нитрат аммония, водород, азот, оксид азота(I), оксид азота(II) или оксид азота(IV) в смеси друг с другом.
  13. Воспламеняет скипидар.

Реакции, в которых вещество не участвует:

  1. В концентрированном виде не реагирует с алюминием, хромом, железом из-за пассивации.
  2. В концентрированном виде не реагирует с кальцием, барием из-за низкой растворимости их нитратов в концентрированной азотной кислоте.
  3. Не реагирует с золотом, платиной, родием, иридием, осмием, рутением.
  4. Из-за пассивации не реагирует с индием, галлием, ниобием, танталом, торием, титаном, цирконием, гафнием, бором.

Дополнительная информация:

При поглощении азотной кислотой диоксида азота образуется нитроолеум — дымящая жидкость желтоватого цвета, сильный окислитель. Азотная кислота, содержащая 30% NO2 при давлении 100 кПа кипит при 38 С, а содержащая 40% NO2 — при 29 С. При этом в парах содержится 96,5% окислов азота и 3,5% паров азотной кислоты. Бесцветная кислота при хранении быстро желтеет из-за распада до диоксида азота.

Не реагирует с платиной и золотом. Концентрированная азотная кислота пассивирует железо.

Растворяет серебро, ртуть, медь с образованием нитратов этих металлов и выделением NO или NO2. С металлами стоящими до водорода азотная кислота дает продукты ее восстановления — нитрат аммония, азот, оксид азота(I), оксид азота(II), оксид азота(IV); соотношение выделяющихся продуктов зависит от активности металла и концентрации кислоты. При определенных концентрациях кислоты и подборе металлов можно получить водород. Смесь азотной и соляной кислот называется «царской водкой» и растворяет золото и платину.

Разбавленная азотная кислота не окисляет иодоводород, концентрированная — окисляет. Кипящая кислота окисляет серу до серной кислоты, уголь и многие органические вещества — до углекислого газа.

Азотная кислота является сильной одноосновной кислотой. С основными оксидами, основаниями и солями слабых кислот образует растворимые в воде соли, называемые нитратами.

Источники информации:

  1. Armarego W. L. F. Purification of Laboratory Chemicals. — 5ed. — 2003. — С. 445
  2. CRC Handbook of Chemistry and Physics. — 90ed. — CRC Press, 2010. — С. 5-13
  3. Holleman A.F., Wiberg E., Wiberg N. Lehrbuch der Anorganischen Chemie. — Berlin: Walter de Gruyter, 1995. — С. 244
  4. Seidell A. Solubilities of inorganic and metal organic compounds. — 3ed., vol.1. — New York: D. Van Nostrand Company, 1940. — С. 582-583
  5. Вредные вещества в промышленности: Справочник для химиков, инженеров и врачей. — 7-е изд., Т.3. — Л.: Химия, 1976. — С. 117-118
  6. Мельников Е.Я., Салтанова В.П., Наумова А.М., Блинова Ж.С. Технология неорганических веществ и минеральных удобрений. — М.: Химия, 1983. — С. 138-139
  7. Некрасов Б.В. Основы общей химии. — Т.1. — М.: Химия, 1973. — С. 416-418, 427-430
  8. Неорганическая химия. — Под ред. Третьякова Ю.Д., Т.2. — М.: Academa, 2004. — С. 196-201
  9. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. — Л.: Химия, 1977. — С. 51
  10. Справочник азотчика. — М.: Химия, 1987. — С. 18-141
  11. Справочник химика. — 2 изд., Т.1. — Л.-М.: Химия, 1966. — С. 607
  12. Справочник химика. — Т.2. — Л.-М.: Химия, 1964. — С. 12-13
  13. Химическая технология неорганических веществ. — Кн.1, под ред. Ахметова Т.Г. — М.: Высшая школа, 2002. — С. 490-549
  • Написать вопрос на форум сайта (требуется зарегистрироваться на форуме). Там вам ответят или подскажут где вы ошиблись в запросе.
  • Отправить пожелания для базы данных (анонимно).

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 см2 — 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.

  • Основы синтеза азотной кислоты в промышленности
  • Технология производства азотной кислоты
  • Конструкции контактных аппаратов

Способ — получение — азотная кислота

Способ получения азотной кислоты из воздуха дуговым методом был разработан в 1905 г. и впервые применен в Норвегии, где имеется дешевая электрическая энергия водопадов. Азот и кислород воздуха при высокой температуре электрической дуги вступают в соединение, образуя окись азота.

Способ получения азотной кислоты окислением аммиака введен на всех новейших заводах и обходится гораздо дешевле дугового способа.

Заводский способ получения азотной кислоты из селитры заключается в действии серной кислоты на селитру.

Этот способ получения азотной кислоты, целиком зависящий от импорта чилийской селитры, оставлен после разработки и осуществления метода производства азотной кислоты контактным окислением Аммиака.

Этот способ получения азотной кислоты начал широко применяться в промышленности со времени первой мировой войны 1914 — 1918 гг. В настоящее время подавляющая часть азотной кислоты получается окислением аммиака.

Позднее был разработан способ получения азотной кислоты, основанный на каталитическом окислении аммиака на платиновом катализаторе. В настоящее время вся азотная кислота получается по этому способу.

Наконец, третий способ получения азотной кислоты — из селитры — являлся в прошлом единственным, но теперь почти не имеет промышленного значения.

В СССР разработано несколько способов получения азотной кислоты повышенной концентрации.

В настоящее время детально изучается способ получения азотной кислоты электродуговым методом. Вполне вероятно, что в нашей стране в будущем, в связи с ее широкой электрификацией, будет применяться и временно забытый метод получения азотной кислоты в электропечах, удачные конструкции которых были разработаны в прошлом не только зарубежными учеными, но и русскими изобретателями, к числу которых принадлежат наши талантливые ученые — Горбов и Миткевич.

Эта реакция использовалась в одном из способов получения азотной кислоты, однако такой процесс требует большой затраты энергии, а выход NO невелик ( всего несколько процентов), поэтому сейчас главную массу NO для производства азотной кислоты получают другим путем — каталитическим окислением аммиака.

Эта реакция использовалась в одном из способов получения азотной кислоты, однако такой процесс требует большой затраты энергии, а выход NO невелик ( всего несколько процентов), поэтому сейчас главную массу NO для производства азотной кислоты получают другим путем — каталитическим окислением аммиака.

В США Бродлей и Ложевой взяли патент на способ получения азотной кислоты из воздуха. В 1901 г. было основано Atmospheric Products Companie; на Ниагарском водопаде был построен опытный завод, но опыты оказались неудачными и в 1904 г. Общество прекратило свое существование.

Он родился в Германии в 1604 г, а юность его пришлась на время опустошительных религиозных войн Годы странствий по разоренному отечеству, невзгоды, болезни — и вот, наконец, счастье улыбнулось на стойчивому и любознательному юноше он стал помощником нойштадт-ского аптекаря Айснера За год работы юноша набрался опыта и знаний и смог поступить на работу в одну из аптек в Вене Но Тридцатилетняя война ( 1618 — 1648) продолжалась, и молодому аптекарю пришлось переехать сначала в Зальцбург, потом в Кассель, после этого — в Париж Наконец, в 1644 г молодой человек, который уже стал авторитетным ученым и получил известность как один из искуснейших аптекарей своего времени, был приглашен занять должность управляющего граф ской аптекой в Гисене Именно здесь ему удалось получить из железного купороса серную кислоту Позднее он стал использовать для получения серной кислоты квасцы и белый витриол — цинковый купорос Он разработал способ получения азотной кислоты взаимодействием серной кислоты с селитрой и владел еще одним важным секретом — способом получения спиритус салис — соляной кислоты из поваренной соли при действии серной кислоты Переселившись в маленький городок Китцингер близ Амстердама, неутомимый алхимик-аптекарь продол жал свои изыскания Кто был этот химик.

При этом температура разложения селитры снижалась до 80 — 160 С; продолжительность отгонки кислоты сокращалась до 6 ч и достигался выход азотной кислоты, близкий к теоретическому. Такой способ получения азотной кислоты, целиком зависящий от импорта чилийской селитры, был оставлен после разработки и осуществления метода производства азотной кислоты контактным окислением аммиака.

Существует несколько способов получения азотной кислоты.

Применение — азотная кислота

Применение азотной кислоты в качестве окислителя ограничено ее повышенной агрессивностью и различными путями течения электрохимических реакций.

Применение азотной кислоты в технике основано на двух ее свойствах: окисляющей способности и нитрующем действии. Как окислитель она используется для получения серной кислоты башенным способом. Нитрующее действие азотной кислоты используют для изготовления большей части органических красителей, содержащих азот, нитроглицерина, нитроцеллюлозы ( бездымный порох и коллодий), пикриновой кислоты, а также почти всех азотсодержащих взрывчатых веществ. Кроме того, азотную кислоту потребляют при получении нитратов. Она также служит химическим растворителем для большинства металлов.

Применение азотной кислоты повышенной концентрации целесообразно, так как позволяет осуществить полностью безупарочное производство аммиачной селитры, в котором почти все тепло нейтрализации кислоты используется на обезвоживание раствора и отпадает необходимость применения выпарных аппаратов.

Использование азотной кислоты.

Области применения азотной кислоты весьма разнообразны. На рис. 15.4 представлено применение азотной кислоты в различных областях народного хозяйства.

Области применения азотной кислоты непрерывно расширяются, поэтому увеличивается и ее производство, которое по своему объему занимает второе место в производстве кислот после серной.

Попытки применения азотной кислоты к углеводородам предельного характера в качестве окислителя, верное, пробы на стойкость вещества, производились для характеристики парафинов одновременно с получением отдельных представителей этого класса. На примере соксана, октана и диамила автор пришел к следующим результатам. Дымящая азотная кислота на холоду вовсе не действует на эти углеводороды даже при продолжительном встряхивании; по уже при слабом нагревании наступает бурная реакция, сопровождающаяся обильным наделением углекислоты и окислов азота.

При применении азотной кислоты с большим удельным весом окисление ускоряется, но оно осложняется большим ценообразованием, что затрудняет управление реакцией. На основании опытов было установлено, что окисление лучше всего проводить азотной кислотой с уд.

Указанное выше применение азотной кислоты для нейтрализации вместо соляной кислоты основано на том, что необходимо еще удалить фосфор, который присутствует почти всегда, и хром, а это можно сделать только в азотнокислом растворе следующим образом.

Так, применение азотной кислоты может привести к замещению функциональных групп на нитрогруппу и частичной окислительной деструкции матрицы. В гетерогенных ионообменных мембранах сильные кислоты вызывают разрушение капроновой, а сильные щелочи — лавсановой армирующей ткани. Применение щелочных сред для полимерных матриц на основе фторированных или хлорированных соединений может привести к реакции нуклеофильного замещения галогенов на гидроксильную группу. Основное требование, предъявляемое к органическому растворителю, применяемому в качестве экстрагента, — инертность к превращениям или химическим взаимодействиям с функциональными группами смолы.

Указанное выше применение азотной кислоты для нейтрализации вместо соляной кислоты основано на том, что необходимо еще удалить фосфор, который присутствует почти всегда, и хром, а это можно сделать только в азотнокислом растворе следующим образом. К еще щелочной жидкости приливают в избытке нитрат серебра; выпадают фосфат, хромат и хлорид серебра ( последний, если присутствовали хлорид-ионы), а также гидроокись или карбонат серебра. В результате реакции между кислыми фосфатами и нитратом серебра могла бы выделиться свободная кислота, но она будет нейтрализована карбонатом серебра или его гидроокисью, а сохранение нейтральной реакции необходимо для полноты осаждения хромата и фосфата серебра.

В ароматическом ряду применение азотной кислоты часто сопровождается образованием других продуктов.

В ароматическом ряду — применение азотной кислоты часто сопровождается образованием других продуктов.

Кривые элюирования кремнекислоты па молселекте Г-25. Обозначения 1.

Переработка фосфатного сырья с применением азотной кислоты может осуществляться по различным схемам. Наши исследования были начаты с изучения процесса разложения ковдор-ского апатитового концентрата только азотной кислотой. Для определения форм кремнекислоты, находящейся в продукционном фильтрате и в жидких фазах пульп, образующихся при его аммо-низации, использован молселект Г-25.

Специфические свойства азотной кислоты как окислителя

1) Взаимодействие азотной кислоты с металлами
В качестве окислителя выступает азот в степени окисления +5, а не водород. В результате реакций образуется продукт восстановления нитрат-иона, соль и вода. Глубина восстановления нитрат-иона зависит от концентрации кислоты и от положения металла в электрохимическом ряду напряжений металлов. Возможные продукты взаимодействия металлов с азотной кислотой приведены в таблице ниже.  Чем активнее металл и выше степень разбавления кислоты, тем глубже происходит восстановление нитрат-ионов азотной кислоты.

Получение азотной кислоты

Получение азотной кислоты
4 HN+5O3(конц.) + Cu =     Cu+2(NO3)2 +    2 N+4O2  +   2 H2O

N+5 + 1e → N+4          2 окислитель, пр-с восстановления

Cu – 2e → Cu+2     1 восстановитель, пр-с окисления

8 HN+5O3(разб.) +   3 Cu  =   3 Cu+2(NO3)2 +    2 N+2O  +  4 H2O

N+5 + 3e → N+2          2 окислитель, пр-с восстановления

Cu – 2e → Cu+2     3 восстановитель, пр-с окисления

2) Проявляет окислительные свойства при взаимодействии с неметаллами:

S + 6HNO3(конц) = H2SO4 + 6NO2 + 2H2O;

B + 3HNO3 = H3BO3 + 3NO2;

3P + 5HNO3 + 2H2O = 5NO + 3H3PO4.

3) Азотная кислота окисляет сложные вещества:

6HI + 2HNO3 = 3I2 + 2NO + 4H2O;

FeS + 12HNO3 = Fe(NO3)3 + H2SO4 + 9NO2 + 5H2O.

4) Ксантопротеиновая реакция:
Азотная кислота окрашивает белки в оранжево-желтый цвет (при попадании на кожу рук – «ксантопротеиновая реакция»).
Реакцию проводят для обнаружения белков, содержащих в своем составе ароматические аминокислоты. К раствору белка  прибавляют концентрированную азотную кислоту. Белок свертывается. При нагревании белок желтеет. При добавлении избытка аммиака (в щелочной среде) окраска переходит в оранжевую. Появление окрашивания свидетельствует о наличии ароматических аминокислот в составе белка.

5) Окислительные свойства «царской водки»:

Смесь концентрированных азотной и соляной кислот в объемном соотношении 1 : 3 обладает еще большей окислительной активностью, они могут растворять даже золото и платину:

HNO3 + 4HCl + Au = H[AuCl4] + NO + 2H2O;

4HNO3 + 18HCl + Pt = 3H2[PtCl6] + 4NO + 8H2O

Химические реакции с азотной кислотой

4HNO3 = 4NO2 + 2H2O + O2                    (комн., на свету).

HNO3 + H2O = NO3– + H3O+.

HNO3 (разб.) +  NaOH = NaNO3 + H2O ,

HNO3 (разб.) + NH3 · H2O = NH4NO3 + H2O.

2HNO3 (2-3%-я) + 8H(Zn, разб. H2SO4) = NH4NO3 + 3H2O,

HNO3 (60%-я) + 2H(Zn, разб. H2SO4) = HNO2 + H2O.                  (кат Pd)

30HNO3 (оч. разб.) + 8Al = 8Al(NO3)3 + 3 NH4NO3 + 9H2O     (примесь H2)

4HNO3 (дымящ.) + P4O10 = 2N2O5 + 4HPO3            (в атмосфере O2+O3)

Список источников

  • himege.ru
  • www.ngpedia.ru
  • vector-study.ru
  • chemister.ru