Axit nitric và tính chất của nó

Axit nitric tinh khiết HNO3 là chất lỏng không màu. Trong không khí, nó “khói”, giống như axit clohydric đậm đặc, vì hơi của nó tạo thành những giọt sương mù nhỏ cùng với hơi ẩm trong không khí.

Axit nitric không mạnh. Dưới ảnh hưởng của ánh sáng, nó dần dần bị phân hủy:

4HN0 3 = 4N0 2 + 0 2 + 2H 2 0.

Nhiệt độ càng cao và axit càng đậm đặc thì quá trình phân hủy diễn ra càng nhanh. Khí nitơ dioxit được giải phóng hòa tan trong axit và tạo thành màu nâu.

Axit nitric là một trong những axit mạnh nhất: trong dung dịch loãng nó phân hủy hoàn toàn thành các ion H+ và N0 _.

Axit nitric là một trong những chất oxy hóa mạnh nhất. Nhiều phi kim loại dễ bị oxy hóa bởi nó, biến thành các axit tương ứng. Như vậy, lưu huỳnh khi đun sôi với axit nitric sẽ bị oxy hóa dần thành axit sunfuric, photpho thành axit photphoric.

Axit nitric tác dụng với hầu hết các kim loại (xem phần 11.3.2), biến chúng thành nitrat và một số kim loại thành oxit.

HNO3 đậm đặc làm thụ động một số kim loại.

Trạng thái oxy hóa của nitơ trong axit nitric là +5. Hoạt động như một tác nhân oxy hóa, HNO 3 có thể bị khử thành nhiều sản phẩm khác nhau:

4 +3 +2 +1 0 -3

N0 2 N 2 0 3 KHÔNG N 2 O N 2 NH 4 N0 3

Chất nào trong số những chất này được hình thành, tức là axit nitric bị khử sâu đến mức nào trong một trường hợp nhất định, phụ thuộc vào bản chất của chất khử và các điều kiện phản ứng, chủ yếu vào nồng độ của axit. Nồng độ HNO3 càng cao thì khả năng khử càng kém. Khi phản ứng với axit đậm đặc, NO2 thường được giải phóng nhiều nhất. Khi axit nitric loãng phản ứng với các kim loại có hoạt tính thấp như đồng, NO được giải phóng. Trong trường hợp kim loại hoạt động mạnh hơn - sắt, kẽm - N2O được hình thành. Axit nitric loãng cao phản ứng với các kim loại hoạt động - kẽm, magie, nhôm - tạo thành ion amoni, tạo ra amoni nitrat với axit. Thông thường một số sản phẩm được hình thành đồng thời.

Cu + HN0 3(conc.) - Cu(N0 3) 2 + N0 2 + H 2 0;

Cu + HN0 3 (pha loãng) -^ Cu(N0 3) 2 + N0 + H 2 O;

Mg + HN0 3 (pha loãng) -> Mg(N0 3) 2 + N 2 0 + n 2 0;

Zn + HN0 3 (rất loãng) - Zn(N0 3) 2 + NH 4 N0 3 + H 2 0.

Khi axit nitric tác dụng lên kim loại, hydro thường không được giải phóng.

Khi phi kim loại bị oxy hóa, axit nitric đậm đặc, như trong trường hợp kim loại, bị khử thành NO 2 chẳng hạn

S + 6HNO 3 = H 2 S0 4 + 6N0 2 + 2H 2 0.

ZR + 5HN0 3 + 2N 2 0 = ZN 3 RO 4 + 5N0

Các sơ đồ đã cho minh họa các trường hợp tương tác điển hình nhất của axit nitric với kim loại và phi kim loại. Nhìn chung, các phản ứng oxi hóa khử liên quan đến HNO 3 rất phức tạp.

Hỗn hợp gồm 1 thể tích axit nitric và 3-4 thể tích axit clohydric đậm đặc được gọi là nước cường toan. Nước cường toan hòa tan một số kim loại không phản ứng với axit nitric, trong đó có “vua kim loại” - vàng. Tác dụng của nó được giải thích là do axit nitric oxy hóa axit clohydric bằng cách giải phóng clo tự do và tạo thành nitơ clorua (1N), hoặc nitrosyl clorua, N0C1:

HN0 3 + ZNS1 = C1 2 + 2H 2 0 + N0C1.

Nitrosyl clorua là sản phẩm trung gian của phản ứng và bị phân hủy:

2N0C1 = 2N0 + C1 2.

Clo tại thời điểm giải phóng bao gồm các nguyên tử quyết định khả năng oxy hóa cao của nước cường thủy. Các phản ứng oxy hóa của vàng và bạch kim diễn ra chủ yếu theo các phương trình sau:

Au + HN0 3 + ZNS1 = AuCl 3 + NO + 2H 2 0;

3Pt + 4HN0 3 + 12HC1 = 3PtCl 4 + 4N0 + 8H 2 0.

Axit nitric tác dụng với nhiều chất hữu cơ theo cách một hoặc nhiều nguyên tử hydro trong phân tử hợp chất hữu cơ được thay thế bằng nhóm nitro - NO 2. Quá trình này được gọi là quá trình nitrat hóa và có tầm quan trọng lớn trong hóa học hữu cơ.

Muối của axit nitric được gọi là nitrat. Tất cả đều hòa tan tốt trong nước và khi đun nóng, chúng phân hủy, giải phóng oxy. Trong trường hợp này, nitrat của các kim loại hoạt động mạnh nhất biến thành nitrit:

2KN0 3 = 2KN0 2 +O 2

Sản xuất công nghiệp axit nitric. Các phương pháp công nghiệp hiện đại để sản xuất axit nitric dựa trên quá trình oxy hóa xúc tác amoniac bằng oxy trong khí quyển. Khi mô tả tính chất của amoniac, người ta chỉ ra rằng nó cháy trong oxy và sản phẩm phản ứng là nước và nitơ tự do. Nhưng với sự có mặt của chất xúc tác, quá trình oxy hóa amoniac bằng oxy có thể diễn ra khác đi. Nếu hỗn hợp amoniac và không khí được đưa qua chất xúc tác thì ở nhiệt độ 750 °C và thành phần nhất định của hỗn hợp, NH 3 gần như được chuyển hóa hoàn toàn thành N0:

4NH 3 (r) + 5O 2 (g) = 4NO(r) + 6H 2 O (g), AN = -907 kJ.

NO2 thu được dễ dàng chuyển hóa thành NO2, khi có nước với oxy trong khí quyển sẽ tạo ra axit nitric.

Hợp kim gốc bạch kim được sử dụng làm chất xúc tác cho quá trình oxy hóa amoniac.

Axit nitric thu được từ quá trình oxy hóa amoniac có nồng độ không quá 60%. Nếu cần thiết, nó được tập trung.

Ngành công nghiệp sản xuất axit nitric loãng với nồng độ 55, 47 và 45%, axit nitric đậm đặc - 98 và 97%. Axit đậm đặc được vận chuyển trong bồn nhôm, axit loãng được vận chuyển trong bồn làm bằng thép chịu axit.

Vé 5

2. Vai trò của sắt trong quá trình sống của cơ thể.

Sắt trong cơ thể. Sắt có trong cơ thể của mọi loài động vật và thực vật (trung bình khoảng 0,02%); nó chủ yếu cần thiết cho quá trình chuyển hóa oxy và quá trình oxy hóa. Có những sinh vật (được gọi là chất cô đặc) có khả năng tích lũy nó với số lượng lớn (ví dụ: vi khuẩn sắt - lên tới 17-20% sắt). Hầu như tất cả sắt trong động vật và thực vật đều liên kết với protein. Thiếu sắt gây ra tình trạng chậm phát triển và nhiễm clo ở thực vật liên quan đến việc giảm hình thành chất diệp lục. Sắt dư thừa cũng có tác động có hại đến sự phát triển của cây trồng, chẳng hạn như gây vô sinh hoa lúa và bệnh vàng lá. Trong đất kiềm, các hợp chất sắt được hình thành mà rễ cây không thể hấp thụ được và cây không nhận đủ số lượng; trong đất chua, sắt biến thành các hợp chất hòa tan với số lượng dư thừa. Khi thiếu hoặc thừa các hợp chất sắt có thể đồng hóa được trong đất, bệnh cây có thể xuất hiện trên diện rộng.

Sắt đi vào cơ thể động vật và con người qua thức ăn (nguồn giàu nhất là gan, thịt, trứng, các loại đậu, bánh mì, ngũ cốc, rau bina và củ cải đường). Thông thường, một người nhận được 60-110 mg Sắt trong chế độ ăn uống, vượt quá đáng kể nhu cầu hàng ngày của họ. Sự hấp thu sắt nhận được từ thức ăn xảy ra ở phần trên của ruột non, từ đó nó đi vào máu ở dạng liên kết với protein và được mang theo máu đến các cơ quan và mô khác nhau, nơi nó được lắng đọng dưới dạng sắt- phức hợp protein - ferritin. Kho sắt chính trong cơ thể là gan và lá lách. Nhờ ferritin, quá trình tổng hợp tất cả các hợp chất chứa sắt của cơ thể xảy ra: sắc tố hô hấp hemoglobin được tổng hợp trong tủy xương, myoglobin được tổng hợp trong cơ, cytochrome và các enzyme chứa sắt khác được tổng hợp trong các mô khác nhau. Sắt được giải phóng khỏi cơ thể chủ yếu qua thành ruột già (ở người, khoảng 6-10 mg mỗi ngày) và một lượng nhỏ qua thận.

Chi tiết Chuyên mục: Lượt xem: 7174

Axit NITRIC, HNO 3, thu được bằng cách hòa tan oxit nitơ trong nước:

3NO 2 + H 2 O = 2HN 3 + NO
N 2 O 3 + H 2 O = HNO 3 + NO
N2O5 + H2O = 2HNO3

Tính chất vật lý của axit nitric. Trọng lượng mol - 63,016; chất lỏng không màu có mùi đặc trưng; điểm sôi 86°, điểm nóng chảy -47°; trọng lượng riêng 1,52 ở 15°; trong quá trình chưng cất, do phân hủy 2HNO 3 = N 2 O 3 + 2O + H 2 O nên axit nitric giải phóng ngay oxy, N 2 O 3 và nước; sự hấp thụ sau này gây ra sự gia tăng điểm sôi. Trong dung dịch nước, axit nitric mạnh thường chứa oxit nitơ và việc điều chế axit nitric khan hoàn toàn gặp khó khăn đáng kể. Không thể thu được axit nitric khan bằng cách chưng cất, vì dung dịch axit nitric có độ đàn hồi tối thiểu, tức là thêm nước vào axit và ngược lại làm giảm độ đàn hồi hơi (và tăng điểm sôi). Do đó, khi chưng cất một axit yếu (D< 1,4) получается постоянно кипящий остаток D = 1,415, с содержанием 68% HNО 3 и с температурой кипения 120°,5 (735 мм). Перегонка при пониженном давлении дает остаток с меньшим содержанием HNО 3 , при повышенном давлении - с большим содержанием HNO 3 . Кислота D = 1,503 (85%), очищенная продуванием воздуха от N 2 О 4 , дает при перегонке остаток с 77,1% HNО 3 . Кислота D = 1,55 (99,8%) дает при перегонке сначала сильно окрашенный окислами азота раствор D = 1,62, а в остатке кислоту D = 1,49. Т. о. в остатке при перегонке азотной кислоты всегда оказывается кислота, соответствующая минимуму упругости (максимуму температуры кипения). Безводную кислоту можно получить лишь при смешивании крепкой (99,1%) азотной кислоты с азотным ангидридом.

Rõ ràng, bằng cách đóng băng, không thể thu được axit trên 99,5%. Với các phương pháp mới (Valentiner) chiết axit nitric từ diêm tiêu, axit khá tinh khiết, nhưng với các phương pháp cũ cần phải tinh chế chủ yếu từ hợp chất clorua và hơi N 2 O 4. Axit mạnh nhất có D0 = 1,559, D15 = 1,53 và 100% HNO3 - D4 = 1,5421 (Veley và Manley); 100% axit bốc khói trong không khí và hút hơi nước mạnh như axit sulfuric. Một axit có D = 1,526 nóng lên khi trộn với tuyết.

Nhiệt tạo thành (từ 1/2 H 2 + 1/2 N 2 + 3/2 O 2):

HNO3 – hơi nước + 34400 cal
HNO3 – chất lỏng + 41600 cal
HNO3 – tinh thể + 42200 cal
HNO3 – dung dịch + 48800 cal

Nhiệt pha loãng: khi thêm một hạt H 2 O vào HNO 3 - 3,30 Cal, hai hạt - 4,9 Cal, năm hạt - 6,7 Cal, mười - 7,3 Cal. Việc bổ sung thêm sẽ làm tăng hiệu ứng nhiệt không đáng kể. Ở dạng tinh thể bạn nhận được:
1) HNO 3 ·H 2 O = H 3 NO 4 - viên hình thoi gợi nhớ AgNO 3, nhiệt độ nóng chảy = -34° (-38°);
2) HNO 3 (H 2 O) 2 = H 5 NO 5 - hình kim, điểm nóng chảy -18°.2, chỉ ổn định dưới -15°. Đường cong nhiệt độ kết tinh của axit nước có ba eutectic (ở -66°.3, ở -44°.2, ở -43°) và hai cực đại (HNO 3 H 2 O -38°, HNO 3 3H 2 O -18 °,2). Các điểm đặc biệt tương tự cũng được quan sát thấy đối với sự tỏa nhiệt của dung dịch và các vòng quay của đường cong dẫn điện, nhưng ở 2HNO 3 ·H 2 O và HNO 3 ·10H 2 O cũng được chú ý. Từ những gì vừa nói và bởi. Tương tự với axit photphoric, theo đó trong dung dịch axit nitric có hydrat HNO 3, nhưng nó rất dễ bị phân hủy, điều này quyết định khả năng phản ứng cao của HNO 3. Axit nitric chứa NO 2 trong dung dịch được gọi là hút thuốc(màu đỏ).

Tính chất hóa học. HNO 3 tinh khiết dễ bị phân hủy và chuyển sang màu vàng do phản ứng 2HNO 3 = 2NO 2 + O 2 + H 2 O và sự hấp thụ của anhydrit nitơ thu được. Axit nitric tinh khiết và axit nitric mạnh nói chung chỉ ổn định ở nhiệt độ thấp. Đặc điểm chính của axit nitric là khả năng oxy hóa cực mạnh do giải phóng oxy. Như vậy, khi tác dụng với kim loại (trừ Pt, Rh, Ir, Au mà HNO 3 không có tác dụng khi không có clo), axit nitric sẽ oxy hóa kim loại, giải phóng oxit nitơ, mức độ oxy hóa càng thấp thì năng lượng càng mạnh. kim loại bị oxi hóa đóng vai trò là chất khử. Ví dụ, chì (Pb) và thiếc (Sn) cho N 2 O 4; bạc - chủ yếu là N 2 O 3. Lưu huỳnh, đặc biệt là khi mới kết tủa, dễ bị oxy hóa; phốt pho khi đun nóng nhẹ sẽ chuyển thành axit photpho. Than nóng đỏ bốc cháy trong hơi axit nitric và trong chính axit nitric. Tác dụng oxy hóa của axit đỏ bốc khói lớn hơn axit không màu. Sắt ngâm trong nó trở nên thụ động và không còn dễ bị tác động bởi axit. Axit nitric khan hoặc trộn với axit sunfuric có tác dụng rất mạnh lên các hợp chất hữu cơ vòng (benzen, naphtalen, v.v.) tạo ra hợp chất nitro C 6 H 5 H + HNO 3 = C 6 H 5 NO 2 + HOH. Quá trình nitrat hóa parafin xảy ra chậm và chỉ dưới tác dụng của axit yếu (mức độ ion hóa cao). Do sự tương tác của các chất có chứa hydroxyl (glycerin, chất xơ) với axit nitric, thu được este nitrat, gọi không chính xác là nitroglycerin, nitrocellulose, v.v. Tất cả các thí nghiệm và mọi công việc với axit nitric phải được thực hiện trong phòng thông gió tốt , nhưng tốt nhất là theo một dự thảo đặc biệt .

Phân tích . Để phát hiện dấu vết của axit nitric, hãy sử dụng: 1) diphenylenedanyl dihydrotriazole (còn được gọi là “nitron”); Đổ 5 hoặc 6 giọt dung dịch nitron 10% trong axit axetic 5% vào 5-6 cm 3 dung dịch thử, thêm vào đó trước một giọt H 2 SO 4: khi có lượng NO đáng chú ý. 3 ion, giải phóng nhiều kết tủa, trong dung dịch rất yếu giải phóng tinh thể hình kim; ở 0° thậm chí 1/80000 HNO 3 có thể được mở bằng nitron; 2) bruxin trong dung dịch; trộn với dung dịch thử và cẩn thận đổ dọc theo thành ống nghiệm vào axit sunfuric mạnh; tại điểm tiếp xúc của cả hai lớp trong ống nghiệm hình thành màu đỏ hồng, chuyển từ bên dưới sang màu xanh lục.

Để xác định hàm lượng HNO 3 trong dung dịch axit nitric bốc khói, cần chuẩn độ N 2 O 4 bằng dung dịch KMnO 4, xác định khối lượng riêng của chất lỏng bằng tỷ trọng kế và trừ đi số hiệu chỉnh hàm lượng N 2 O 4. được chỉ ra trong một bảng đặc biệt.

Phương pháp công nghiệp sản xuất axit nitric. Axit nitric được chiết xuất. Array. từ diêm tiêu. Trước đây, việc khai thác muối diêm được thực hiện ở cái gọi là. "salpetriere" hoặc "burts", là kết quả của việc trộn phân, nước tiểu, v.v. với thạch cao cũ, dần dần, một phần do tác động của vi khuẩn, quá trình oxy hóa urê và các hợp chất nitơ hữu cơ khác (amin, amit, v.v.) xảy ra trong axit nitric, tạo thành canxi nitrat với đá vôi. Vào những ngày nắng nóng, đặc biệt là ở miền Nam (ví dụ ở Ấn Độ và Trung Á), quá trình này diễn ra rất nhanh.

Ở Pháp vào năm 1813, có tới 2.000.000 kg muối tiêu được chiết xuất từ ​​muối tiêu. 25 loài động vật lớn sản xuất khoảng 500 kg muối tiêu mỗi năm. Ở một số khu vực, với đất cơ bản giàu di tích động vật (ví dụ vùng Kuban), có thể có một lượng nitrat đáng chú ý trong đất, nhưng không đủ để khai thác. Số lượng đáng chú ý đã được khai thác ở thung lũng sông Hằng và được tìm thấy trong các pháo đài Trung Á của chúng ta, nơi trữ lượng đất chứa muối tiêu lên tới 17 tấn ở mỗi nơi, nhưng hàm lượng muối tiêu trong đó không quá 3%. Các mỏ natri nitrat - Chile - được phát hiện vào năm 1809; chúng được tìm thấy chủ yếu ở tỉnh Tarapaca, trong khoảng từ 68° 15" đến 70° 18" kinh đông và 19° 17" và 21° 18" vĩ độ nam, nhưng cũng được tìm thấy ở xa hơn về phía nam và phía bắc (ở Peru và Bolivia); mỏ của họ nằm ở độ cao 1100 m so với mực nước biển. Trầm tích dài khoảng 200 km, rộng 3-5 km và có hàm lượng NaNO 3 trung bình 30-40%. Dự trữ, giả sử mức tiêu thụ tăng hàng năm là 50.000 tấn, có thể kéo dài trong 300 năm. Năm 1913, 2.738.000 tấn được xuất khẩu, nhưng xuất khẩu sang châu Âu giảm đôi chút, mặc dù sau khi xuất khẩu giảm rất đáng kể trong chiến tranh, chúng lại tăng nhẹ trở lại từ năm 1920. Thông thường phía trên nằm một “ngọn lửa” (dày 50 cm - 2 m). ), bao gồm thạch anh và cát fenspat, và bên dưới là “kalihe” (25 cm - 1,5 m), chứa muối tiêu (các mỏ nằm trong sa mạc bên cạnh các mỏ muối và muối boron-canxi). Thành phần của "kalihe" rất đa dạng; nó chứa NaNO 3 - từ 30% đến 70%, muối iodua và iốt - lên đến 2%, natri clorua - 16-30%, muối sunfat - lên đến 10%, muối magiê - lên đến 6%. Các giống tốt nhất có hàm lượng trung bình: NaNO 3 - 50%, NaCl - 26%, Na 2 SO 4 - 6%, MgSO 4 - 3%. NaNO 3 được hòa tan ở nhiệt độ cao sao cho lượng NaNO 3 đi vào dung dịch nhiều hơn NaCl, độ hòa tan của chất này tăng nhẹ theo nhiệt độ. Từ 3 tấn “caliche” thu được 1 tấn muối thô với hàm lượng muối trung bình là 95-96%. Từ 1 lít nước muối mẹ thường thu được 2,5-5 g iốt. Thông thường, muối thô thô có màu nâu do có thêm oxit sắt. Muối tiêu chứa tới 1-2% hợp chất clorua được sử dụng làm phân bón. Natri nitrat tinh khiết không màu, trong suốt, không hút ẩm nếu không chứa hợp chất clorua; kết tinh thành khối. Để thu được axit nitric, người ta đun nóng muối nitrat với axit sunfuric; sự tương tác tuân theo phương trình:

NaNO 3 + H 2 SO 4 = HNO 3 + NaSO 4

tức là thu được axit sunfat. Loại thứ hai có thể được sử dụng để sản xuất hydro clorua bằng cách nung hỗn hợp NaHSO 4 và NaCl trong lò múp. Để tương tác theo phương trình

Về mặt lý thuyết, cần phải có 57,6 kg H 2 SO 4 hoặc 60 kg axit 66° Bẻ cho 100 kg NaNO 3. Trên thực tế, để tránh sự phân hủy, người ta sử dụng thêm 20-30% axit sulfuric. Sự tương tác được thực hiện trong các bình đun bằng sắt hình trụ nằm ngang dài 1,5 m, đường kính 60 cm, thành dày 4 cm. Mỗi bình chứa 75 kg muối tiêu và 75 kg H 2 SO 4. Hơi đầu tiên được đưa qua tủ lạnh gốm, làm mát bằng nước hoặc qua ống gốm nghiêng, sau đó qua các thiết bị hấp thụ: “bình” hoặc “bonbon”, tức là “bình Wulf” bằng gốm lớn. Nếu lấy axit sulfuric 60° Вẻ (71%) và cho 4 kg nước trên 100 kg muối tiêu vào chất hấp thụ thứ nhất thì thu được axit 40-42° Вẻ (38-41%); dùng axit ở 66° Вẻ (99,6%) và muối tiêu khô ta được 50° Вẻ (53%); để thu được axit ở 36° Вẻ, cho 8 lít nước vào thiết bị hấp thụ thứ nhất, 4 lít ở thiết bị hấp thụ thứ hai và 2,6 lít ở thiết bị tiếp theo. Axit nitric bốc khói thu được bằng cách cho muối phản ứng với một nửa lượng axit sulfuric cần tính toán. Do đó, phương pháp này tạo ra axit bị nhiễm nitrosyl clorua và các chất khác thoát ra khi bắt đầu quá trình và với oxit nitơ khi kết thúc quá trình chưng cất. Các oxit nitơ tương đối dễ bị loại bỏ bằng cách thổi một luồng không khí qua axit. Sẽ có lợi hơn nhiều khi làm việc trong các bình cổ cong, được bao quanh bởi lửa ở mọi phía và có một ống ở phía dưới để giải phóng bisulfate có chứa một lượng axit đáng chú ý. Thực tế là gang không bị ăn mòn bởi axit nếu nó được nung nóng đủ và nếu tiếp xúc với lửa từ mọi phía sẽ ngăn cản các giọt axit lắng xuống. Trong các nồi chưng cất như vậy (rộng 1,20 và đường kính 1,50 m, có thành dày 4-5 cm), muối tiêu được xử lý bằng axit sunfuric với tỷ lệ 450 kg và thậm chí 610 kg muối tiêu trên 660 kg H 2 SO 4 ( 66°Bẻ). Thay vì hình trụ, hiện nay người ta thường sử dụng các ống đứng hoặc các ống này được nối với hình trụ.

Theo phương pháp Guttmann, quá trình phân hủy được thực hiện trong các bình cổ cong bằng gang gồm nhiều bộ phận (Hình 1 và 1a); các bộ phận được kết nối bằng bột bả, thường bao gồm 100 phần mạt sắt, 5 phần lưu huỳnh, 5 phần amoni clorua với càng ít nước càng tốt; Các bình cổ cong và, nếu có thể, cửa nạp được bao bọc trong gạch và được làm nóng bằng khí lò.

800 kg muối tiêu và 800 kg axit sunfuric 95% được nạp vào nồi chưng cất và tiến hành chưng cất trong 12 giờ; việc này tiêu tốn khoảng 100 kg than. Retort hình trụ cũng được sử dụng. Hơi thoát ra đầu tiên đi vào xi lanh số 8; sau đó chuyền một loạt ống gốm, 12 và 13, đặt trong hộp gỗ đựng nước; ở đây hơi được ngưng tụ thành axit nitric, chảy qua ống 22 của hệ thống Gutman và 23 vào bộ sưu tập 28, và nước ngưng từ xi lanh 8 cũng đi vào đây; axit nitric chưa ngưng tụ trong ống 12 đi qua 15a vào tháp chứa đầy các quả bóng và được rửa sạch bằng nước; vết axit cuối cùng không được hấp thụ trong tháp được giữ lại ở hình trụ 43a; khí được đưa qua ống 46a vào ống khói. Để oxy hóa các oxit nitơ hình thành trong quá trình chưng cất, không khí được trộn trực tiếp vào khí tại lối ra của nồi chưng cất. Nếu sử dụng axit sulfuric mạnh và muối tiêu khô trong sản xuất thì thu được axit nitric 96-97% không màu. Hầu như toàn bộ axit ngưng tụ trong đường ống, chỉ một phần nhỏ (5%) được hấp thụ trong tháp, tạo thành 70% axit nitric, được thêm vào lượng nitrat tiếp theo. Cái đó. kết quả là axit nitric không màu, không có clo, đạt hiệu suất 98-99% lý thuyết. Phương pháp của Gutman đã trở nên phổ biến do tính đơn giản và chi phí lắp đặt thấp.

Axit 96-100% được chiết xuất từ ​​diêm tiêu theo phương pháp Valentiner, bằng cách chưng cất dưới áp suất giảm (30 mm) trong nồi chưng cất gang của hỗn hợp 1000 kg NaNO 3, 1000 kg H2SO 4 (66 ° Вẻ) và một lượng như vậy axit yếu HNO3 thêm 100kg nước vào. Quá trình chưng cất kéo dài 10 giờ, không khí luôn được đưa vào hợp kim. Tương tác xảy ra ở 120°, nhưng khi kết thúc quá trình, một “khủng hoảng” xảy ra (1 giờ) và có thể xảy ra những cú sốc mạnh (ở 120-130°). Sau đó, hệ thống sưởi được đưa lên 175-210°. Làm đặc và thu giữ axit thích hợp là rất quan trọng. Hơi từ thiết bị vặn lại đi vào xi lanh, từ đó đi vào 2 cuộn dây được làm lạnh cao, từ chúng thành một bộ sưu tập (chẳng hạn như bình Wulf), tiếp theo là một cuộn dây nữa và sau đó là 15 xi lanh, phía sau đặt một máy bơm. Với tải 1000 kg NaNO 3 trong 6-8 giờ sẽ thu được 600 kg HNO 3 (48° Вẻ), tức là đạt 80% định mức.

Để thu được axit nitric từ nitrat Na Uy (canxi), chất sau được hòa tan, axit nitric mạnh được thêm vào và axit sulfuric được trộn vào, sau đó axit nitric được lọc từ thạch cao.

Bảo quản và đóng gói. Để bảo quản axit nitric, bạn có thể sử dụng đĩa thủy tinh, đất sét nung và nhôm nguyên chất (không quá 5% tạp chất), cũng như đĩa làm bằng thép Krupp chịu axit silicon đặc biệt (V2A). Vì tác dụng của axit nitric mạnh lên gỗ, mùn cưa, giẻ lau thấm dầu thực vật, v.v. có thể gây bùng phát và hỏa hoạn (ví dụ: nếu chai vỡ trong quá trình vận chuyển), axit nitric chỉ có thể được vận chuyển trên các chuyến tàu đặc biệt. Nhựa thông đặc biệt dễ bốc cháy khi đun nóng khi tiếp xúc với axit nitric mạnh.

Ứng dụng: 1) ở dạng muối làm phân bón, 2) sản xuất thuốc nổ, 3) sản xuất bán thành phẩm thuốc nhuộm, và một phần là thuốc nhuộm. Ch. Array. muối của axit nitric hoặc nitrat (natri, amoni, canxi và kali) được sử dụng làm phân bón. Năm 1914, mức tiêu thụ nitơ trên thế giới ở dạng nitrat Chile đạt 368.000 tấn và ở dạng axit nitric từ không khí - 10.000 tấn. Năm 1925, mức tiêu thụ đáng lẽ phải đạt tới 360.000 tấn axit nitric từ không khí. Việc tiêu thụ axit nitric tăng lên rất nhiều trong chiến tranh do chi phí cho chất nổ, trong đó chủ yếu là nitroglycerin và nitrocellulose các loại, hợp chất nitro (nitrotoluene, TNT, melinite, v.v.) và các chất làm cầu chì (thủy ngân fulminat). Trong thời bình, axit nitric được dùng để sản xuất các hợp chất nitro, ví dụ, nitrobenzen, để chuyển sang thuốc nhuộm thông qua anilin, thu được từ nitrobenzen bằng cách khử. Một lượng đáng kể axit nitric được sử dụng để khắc kim loại; muối của axit nitric (saltpeter) được sử dụng làm chất nổ (amoni nitrat - ở dạng không khói, kali nitrat - ở dạng bột đen) và để làm pháo hoa (bari nitrat - cho màu xanh lá cây).

Tiêu chuẩn axit nitric. Tiêu chuẩn axit nitric cho đến nay chỉ tồn tại ở Liên Xô và đã được Ủy ban Tiêu chuẩn hóa tại STO phê duyệt là tiêu chuẩn bắt buộc của toàn Liên minh (OST-47) đối với axit ở 40° Bẻ. Tiêu chuẩn quy định hàm lượng HNO 3 trong axit nitric là 61,20% và giới hạn hàm lượng tạp chất: axit sunfuric không quá 0,5%, clo không quá 0,8%, sắt không quá 0,01%, cặn rắn không quá 0,9%; axit nitric tiêu chuẩn không được chứa cặn. Tiêu chuẩn quy định mối quan hệ giữa người bán và người mua, quy định chặt chẽ các phương pháp lấy mẫu và phân tích. Hàm lượng axit nitric được xác định bằng cách thêm NaOH vào axit và chuẩn độ ngược bằng axit. Hàm lượng axit sunfuric được xác định dưới dạng BaSO 4 bằng kết tủa BaCl 2. Hàm lượng clo được xác định bằng cách chuẩn độ trong môi trường kiềm bằng bạc nitrat. Hàm lượng sắt được xác định bằng cách kết tủa sesquioxit với amoniac, khử sắt oxit thành sắt đen và sau đó chuẩn độ KMnO 4. Việc đóng gói axit nitric vẫn chưa đạt tiêu chuẩn. Không đề cập đến kích thước, trọng lượng và chất lượng của vật chứa, tiêu chuẩn quy định việc đóng gói axit nitric trong vật chứa bằng thủy tinh và hướng dẫn cách đóng gói và niêm phong.

Chuẩn bị axit nitric.

I. Từ trên không. Quá trình tổng hợp axit nitric từ không khí dưới tác dụng của hồ quang điện, ở một mức độ nhất định, lặp lại quá trình xảy ra trong tự nhiên dưới tác động của sự phóng điện trong khí quyển. Cavendish là người đầu tiên quan sát (năm 1781) sự hình thành oxit nitơ trong quá trình đốt cháy H 2 trong không khí, và sau đó (năm 1784) khi một tia lửa điện truyền qua không khí. Mutman và Gopher vào năm 1903 là những người đầu tiên thử nghiên cứu trạng thái cân bằng: N 2 + O 2 2NO. Bằng cách cho một dòng điện xoay chiều có hiệu điện thế 2000-4000 V truyền qua không khí, họ thực tế đã đạt được nồng độ NO từ 3,6 đến 6,7% thể tích. Mức tiêu thụ năng lượng của họ trên 1 kg HNO 3 đạt 7,71 kWh. Sau đó Nernst nghiên cứu trạng thái cân bằng này bằng cách cho không khí đi qua ống iridium. Hơn nữa, Nernst, Jellinek và các nhà nghiên cứu khác cũng làm việc theo hướng tương tự. Bằng cách ngoại suy các kết quả thí nghiệm nghiên cứu trạng thái cân bằng giữa không khí và nitơ oxit, Nernst có thể tính được rằng ở vế phải của phương trình, hàm lượng 7% thể tích NO được thiết lập ở nhiệt độ 3750 ° (tức là xấp xỉ ở nhiệt độ của hồ quang điện).

Ưu tiên của ý tưởng sử dụng hồ quang điện về mặt kỹ thuật để cố định nitơ trong khí quyển thuộc về nhà nghiên cứu người Pháp Lefebre, người đã cấp bằng sáng chế vào năm 1859 cho phương pháp sản xuất axit nitric từ không khí ở Anh. Nhưng vào thời điểm đó, chi phí điện năng quá cao nên phương pháp của Lefebre không thể áp dụng được trong thực tế. Cũng phải kể đến các bằng sáng chế của McDougal (An. P. 4633, 1899) và phương pháp Bradley và Lovejoy, được triển khai ở quy mô kỹ thuật, được vận hành vào năm 1902 bởi công ty Atmospheric Products С° của Mỹ (với số vốn 1 triệu đô la) với việc sử dụng năng lượng của Thác Niagara. Những nỗ lực sử dụng điện áp 50.000 V để cố định nitơ trong khí quyển do Kowalski và cộng tác viên I. Moscytski thực hiện cũng có niên đại vào thời điểm này. Nhưng thành công đáng kể đầu tiên trong việc chế tạo axit nitric từ không khí đến từ ý tưởng lịch sử của kỹ sư người Na Uy Birkeland, đó là sử dụng khả năng giãn nở của chất này trong trường điện từ mạnh để tăng sản lượng oxit nitơ. khi truyền một dòng điện trong không khí. Birkeland đã kết hợp ý tưởng này với một kỹ sư người Na Uy khác, Eide, và biến nó thành một hệ thống kỹ thuật ngay lập tức mang lại cơ hội tiết kiệm chi phí để thu được axit nitric từ không khí. Do sự thay đổi liên tục về hướng của dòng điện và tác động của nam châm điện, ngọn lửa hồ quang điện có xu hướng phồng lên liên tục theo các hướng khác nhau, dẫn đến sự hình thành hồ quang điện chuyển động nhanh chóng mọi lúc với một tốc độ nhất định. tốc độ lên tới 100 m/giây, tạo ấn tượng về một mặt trời điện rộng đang cháy lặng với đường kính từ 2 m trở lên. Một luồng không khí mạnh liên tục thổi qua mặt trời này và bản thân mặt trời được đặt trong một lò nung đặc biệt làm bằng đất sét chịu lửa, buộc bằng đồng (Hình 1, 2 và 3).

Các điện cực rỗng của hồ quang điện được làm mát từ bên trong bằng nước. Không khí qua các kênh MỘT trong lớp lót đất nung của lò, nó đi vào buồng hồ quang b; qua khí oxy hóa rời khỏi lò và được làm mát bằng nhiệt của nó để làm nóng nồi hơi của thiết bị bay hơi. Sau đó, NO đi vào tháp oxy hóa, nơi nó bị oxy hóa bởi oxy trong khí quyển thành NO2. Quá trình sau là quá trình tỏa nhiệt (2NO + O 2 = 2NO 2 + 27Cal), và do đó các điều kiện làm tăng sự hấp thụ nhiệt có lợi đáng kể cho phản ứng theo hướng này. Tiếp theo, nitơ dioxide được hấp thụ bởi nước theo các phương trình sau:

3NO 2 + H 2 O = 2HNO 3 + NO
2NO 2 + H 2 O = HNO 3 + HNO 2

Trong phương pháp khác, hỗn hợp khí phản ứng được làm lạnh xuống dưới 150° trước khi hấp thụ; ở nhiệt độ này, quá trình phân hủy ngược – NO 2 = NO + O – gần như không diễn ra. Hãy nhớ rằng trong những điều kiện nhất định, trạng thái cân bằng NO + NO 2 N 2 O 3 được thiết lập với hàm lượng tối đa là N 2 O 3, nó có thể thu được bằng cách đổ khí nitrit nóng ngay cả trước khi chúng bị oxy hóa hoàn toàn, ở nhiệt độ từ 200 đến 300 °, bằng dung dịch soda hoặc xút, thay vì muối nitrat - nitrit tinh khiết (phương pháp Norsk Hydro). Khi rời khỏi lò, không khí thổi có chứa từ 1 đến 2% oxit nitơ, ngay lập tức bị thu giữ bởi các tia nước phản lực và sau đó được trung hòa bằng vôi để tạo thành canxi, gọi là. Máy muối tiêu "Na Uy". Để tự thực hiện quá trình N 2 + O 2 2NO - 43,2 Cal cần tiêu tốn một lượng điện năng tương đối nhỏ, cụ thể là: để thu được 1 tấn nitơ liên kết ở dạng NO chỉ 0,205 kW-năm; Trong khi đó, ở những hệ thống lắp đặt hiện đại tốt nhất, cần phải tiêu tốn gấp 36 lần, tức là khoảng 7,3 và tối đa 8 kW-năm trên 1 tấn. Nói cách khác, hơn 97% năng lượng tiêu hao không dành cho việc hình thành NO mà hướng tới việc tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình này. Để chuyển trạng thái cân bằng theo hướng hàm lượng NO cao nhất có thể cần sử dụng nhiệt độ từ 2300° đến 3300° (hàm lượng NO ở 2300° là 2 vol% và ở 3300° - 6 vol%), nhưng ở nhiệt độ như vậy 2NO nhanh chóng bị phân hủy. trở lại N 2 + O 2. Do đó, trong một phần nhỏ của giây, cần phải loại khí từ vùng nóng sang vùng lạnh hơn và làm nguội nó đến ít nhất 1500°, khi đó quá trình phân hủy NO diễn ra chậm hơn. Cân bằng N 2 + O 2 2NO được thiết lập ở 1500° trong 30 giờ, ở 2100° trong 5 giây, ở 2500° trong 0,01 giây. và ở 2900° - trong 0,000035 giây.

Phương pháp của Schonherr, một nhân viên BASF, là một cải tiến đáng kể so với phương pháp của Birkeland và Eide. Trong phương pháp này, thay vì sử dụng ngọn lửa hồ quang điện chuyển động và hoạt động không liên tục biến hiện tại, áp dụng một ngọn lửa bình tĩnh ở mức cao Vĩnh viễn hiện hành Điều này ngăn cản việc thổi tắt ngọn lửa thường xuyên, điều này rất có hại cho quá trình. Tuy nhiên, kết quả tương tự có thể đạt được với dòng điện xoay chiều hồ quang, nhưng bằng cách thổi không khí qua ngọn lửa đang cháy không phải theo đường thẳng mà ở dạng gió xoáy dọc theo ngọn lửa hồ quang điện. Vì vậy, lò có thể Hơn nữa, được thiết kế dưới dạng một ống kim loại khá hẹp để ngọn lửa hồ quang không chạm vào thành ống. Sơ đồ thiết kế của lò Schongherr được thể hiện trên Hình 2. 4.

Một cải tiến hơn nữa trong phương pháp cung được thực hiện bằng phương pháp Pauling (Hình 5). Các điện cực trong lò đốt trông giống như bộ phóng điện bằng còi. Vòng cung điện dài 1 m hình thành giữa chúng bị một luồng không khí mạnh thổi lên trên. Ở nơi hẹp nhất của ngọn lửa bị đứt, hồ quang được đốt lại bằng các điện cực bổ sung.

I. Mościtsky đã được cấp bằng sáng chế cho một thiết kế lò nung hơi khác để oxy hóa nitơ không khí. Một trong cả hai điện cực (Hình 6) có dạng đĩa phẳng và nằm ở khoảng cách rất gần với điện cực còn lại. Điện cực trên có dạng ống và các khí trung tính chảy qua nó với tốc độ nhanh, sau đó lan ra theo hình nón.

Ngọn lửa của hồ quang điện được đặt theo chuyển động tròn dưới tác động của trường điện từ và dòng khí hình nón chuyển động nhanh sẽ ngăn ngừa đoản mạch. Mô tả chi tiết về toàn bộ quá trình lắp đặt được đưa ra trong W. Waeser, Luftstickstoff-Industrie, p. 475, 1922. Một nhà máy ở Thụy Sĩ (Chippis, Wallis) hoạt động theo phương pháp của I. Moscicki, sản xuất 40% HNO 3. Một nhà máy khác ở Ba Lan (Bory-Jaworzno) được thiết kế với công suất 7000 kW và sẽ sản xuất HNO 3 và (NH 4) 2 SO 4 đậm đặc. Để cải thiện hiệu suất của oxit nitơ và tăng ngọn lửa của hồ quang điện, không phải không khí mà là hỗn hợp giàu oxy hơn giữa nitơ và oxy, với tỷ lệ 1: 1, gần đây đã được sử dụng làm sản phẩm ban đầu. Nhà máy của Pháp ở Laroche-de-Rham sử dụng hỗn hợp này cho kết quả rất tốt.

Nên ngưng tụ nitơ tetroxide N 2 O 4 thu được thành chất lỏng bằng cách làm lạnh đến -90°. Nitơ lỏng tetroxide như vậy, thu được từ khí sấy khô trước - oxy và không khí, không phản ứng với kim loại và do đó có thể được vận chuyển trong bom thép và được sử dụng để sản xuất HNO 3 ở nồng độ mạnh. Toluene đã từng được sử dụng làm chất làm mát trong trường hợp này, nhưng do sự rò rỉ không thể tránh khỏi của oxit nitơ và ảnh hưởng của chúng đối với toluene, các vụ nổ khủng khiếp đã xảy ra tại nhà máy Tschernewitz (ở Đức) và Bodio (ở Thụy Sĩ), phá hủy cả hai doanh nghiệp. Tách chiết N 2 O 4 từ hỗn hợp khí. cũng đạt được thông qua sự hấp thụ N 2 O 4 bằng silica gel, chất này giải phóng N 2 O 4 được hấp thụ trở lại khi đun nóng.

II. Tiếp xúc quá trình oxy hóa amoniac. Tất cả các phương pháp được mô tả để sản xuất axit nitric tổng hợp trực tiếp từ không khí, như đã chỉ ra, chỉ mang lại lợi nhuận nếu có sẵn năng lượng thủy điện giá rẻ. Vấn đề liên kết nitơ (xem Nitơ) cuối cùng không thể được coi là giải quyết nếu phương pháp sản xuất axit nitric tổng hợp tương đối rẻ tiền không được tìm ra. Sự hấp thụ nitơ liên kết từ phân bón của thực vật đặc biệt dễ dàng hơn nếu những loại phân bón này là muối của axit nitric. Các hợp chất amoni được đưa vào đất trước tiên phải trải qua quá trình nitrat hóa ngay trong đất (xem Phân đạm). Ngoài ra, axit nitric, cùng với axit sulfuric, là nền tảng của nhiều ngành công nghiệp hóa chất và quân sự. Việc sản xuất chất nổ và thuốc súng không khói (TNT, nitroglycerin, thuốc nổ, axit picric và nhiều loại khác), thuốc nhuộm anilin, celluloid và rayon, nhiều loại thuốc, v.v. là không thể nếu không có axit nitric. Đó là lý do tại sao ở Đức, quốc gia bị cắt nguồn nitrat của Chile trong Thế chiến do lệnh phong tỏa, đồng thời không có năng lượng thủy điện giá rẻ, việc sản xuất axit nitric tổng hợp đã phát triển ở mức độ lớn bằng phương pháp tiếp xúc. , bắt đầu từ than đá hoặc amoniac tổng hợp bằng cách oxy hóa nó bằng oxy trong khí quyển với sự tham gia của chất xúc tác. Trong chiến tranh (1918), Đức sản xuất tới 1000 tấn axit nitric và amoni nitrat mỗi ngày.

Trở lại năm 1788, Milner ở Cambridge đã xác lập khả năng oxy hóa NH 3 thành oxit nitơ dưới tác dụng của mangan peroxit khi đun nóng. Năm 1839, Kuhlman đã thiết lập phản ứng tiếp xúc của bạch kim trong quá trình oxy hóa amoniac với không khí. Về mặt kỹ thuật, phương pháp oxy hóa amoniac thành axit nitric được Ostwald và Brouwer phát triển và được họ cấp bằng sáng chế vào năm 1902 (Điều thú vị là ở Đức, đơn đăng ký của Ostwald đã bị từ chối do sự công nhận ưu tiên của nhà hóa học người Pháp Kuhlmann.) Dưới tác động của sự phân chia tinh vi. bạch kim và hỗn hợp khí chảy chậm, quá trình oxy hóa diễn ra theo phản ứng 4NH 3 + ZO 2 = 2N 2 + 6H 2 O. Vì vậy, quá trình này cần được thực hiện được quy định chặt chẽ cả về tốc độ chuyển động đáng kể của luồng khí được thổi qua bộ chuyển đổi tiếp xúc, và theo nghĩa thành phần của hỗn hợp khí. Hỗn hợp khí đi vào "bộ chuyển đổi" sẽ. trước đây đã được làm sạch hoàn toàn khỏi bụi và tạp chất có thể “đầu độc” chất xúc tác bạch kim.

Có thể giả định rằng sự có mặt của bạch kim gây ra sự phân hủy phân tử NH 3 và hình thành hợp chất trung gian không ổn định của bạch kim với hydro. Trong trường hợp này, nitơ ở trạng thái mới bắt đầu bị oxy hóa bởi oxy trong khí quyển. Quá trình oxy hóa NH 3 thành HNO 3 diễn ra theo các phản ứng sau:

4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 0;

khí NO không màu được làm lạnh, được trộn với một phần không khí mới, tự động oxy hóa thêm để tạo thành NO 2 hoặc N 2 O 4:

2NO + O 2 = 2NO 2, hoặc N 2 O 4;

sự hòa tan của khí thu được trong nước khi có không khí hoặc oxy dư có liên quan đến quá trình oxy hóa tiếp theo theo phản ứng:

2NO 2 + O + H 2 O = 2HNO 3,

sau đó thu được HNO 3 với nồng độ khoảng 40 đến 50%. Bằng cách chưng cất HNO 3 thu được với axit sulfuric mạnh, cuối cùng có thể thu được axit nitric tổng hợp đậm đặc. Theo Ostwald, chất xúc tác phải bao gồm bạch kim kim loại được phủ một phần hoặc hoàn toàn bạch kim xốp hoặc bạch kim đen.

Phản ứng sẽ diễn ra khi nhiệt đỏ vừa mới bắt đầu và ở tốc độ dòng chảy đáng kể của hỗn hợp khí, bao gồm 10 phần không khí trở lên trong 1 giờ NH 3. Dòng chảy chậm của hỗn hợp khí thúc đẩy quá trình phân hủy hoàn toàn NH 3 thành các nguyên tố. Với lưới tiếp xúc bạch kim 2 cm, tốc độ dòng khí phải là 1-5 m/giây, tức là thời gian tiếp xúc của khí với bạch kim không được vượt quá 1/100 giây. Nhiệt độ tối ưu là khoảng 300°. Hỗn hợp khí được làm nóng trước. Tốc độ dòng chảy của hỗn hợp khí càng cao thì lượng NO phát ra càng lớn. Khi làm việc với lưới bạch kim (chất xúc tác) rất dày với hỗn hợp amoniac và không khí chứa khoảng 6,3% NH 3, Neumann và Rose thu được kết quả sau ở nhiệt độ 450° (với bề mặt tiếp xúc của bạch kim là 3,35 cm 2):

Hàm lượng NH 3 cao hơn hay thấp hơn cũng có tầm quan trọng lớn đối với phương hướng của quá trình hóa học, có thể diễn ra theo phương trình: 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O (với hàm lượng 14,38% NH 3) , hoặc theo phương trình: 4NH 3 + 7O 2 = 4NO 2 + 6H 2 O (với hàm lượng hỗn hợp là 10,74% NH 3). Có lẽ ít thành công hơn bạch kim. Các chất xúc tác khác cũng được sử dụng (oxit sắt, bismuth, xeri, thori, crom, vanadi, đồng). Trong số này, chỉ có việc sử dụng oxit sắt ở nhiệt độ 700-800°, với hiệu suất từ ​​80 đến 85% NH 3, mới đáng được quan tâm.

Nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong quá trình oxy hóa chuyển NH 3 thành HNO 3. Bản thân phản ứng oxy hóa amoniac tỏa nhiệt: 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O + 215,6 Cal. Ban đầu chỉ cần làm nóng thiết bị tiếp xúc; sau đó phản ứng xảy ra do nhiệt của chính nó. Thiết kế kỹ thuật của “bộ chuyển đổi” để oxy hóa amoniac của các hệ thống khác nhau được thể hiện rõ ràng qua các số liệu đưa ra (Hình 7-8).

Sơ đồ sản xuất HNO 3 theo phương pháp Franck-Caro hiện được chấp nhận được thể hiện trong Hình 2. 9.

Trong hình. Hình 10 thể hiện sơ đồ quá trình oxy hóa NH 3 tại nhà máy của Meister Lucius và Brünning ở Hechst.

Trong các hệ thống lắp đặt hiện đại, quá trình oxy hóa NH 3 thành NO được thực hiện với hiệu suất lên tới 90%, và quá trình oxy hóa và hấp thụ tiếp theo các oxit nitơ thu được bằng nước - với hiệu suất lên tới 95%. Do đó, toàn bộ quá trình mang lại hiệu suất nitơ liên kết là 85-90%. Theo quy trình hồ quang, chi phí sản xuất HNO 3 từ nitrat hiện nay (tính theo 100% HNO 3) là 103 USD/1 tấn, là 97,30 USD/1 tấn, trong khi 1 tấn HNO 3 thu được từ quá trình oxy hóa NH -3 chỉ tốn 85,80 USD . Không cần phải nói rằng những con số này có thể là tuy chỉ mang tính tương đối và phụ thuộc phần lớn vào quy mô doanh nghiệp, chi phí điện năng và nguyên vật liệu nhưng vẫn cho thấy phương pháp tiếp xúc sản xuất HNO 3 sẽ chiếm vị trí thống lĩnh trong thời gian tới so với các phương pháp khác.

Xem thêm

Axit mạnh monobasic, là chất lỏng không màu trong điều kiện tiêu chuẩn, chuyển sang màu vàng trong quá trình bảo quản, có thể ở trạng thái rắn, đặc trưng bởi hai biến đổi tinh thể (mạng đơn nghiêng hoặc hình thoi), ở nhiệt độ dưới âm 41,6 °C. Chất này có công thức hóa học - HNO3 - được gọi là axit nitric. Nó có khối lượng mol là 63,0 g/mol và mật độ của nó tương ứng với 1,51 g/cm³. Điểm sôi của axit là 82,6 °C, quá trình này kèm theo sự phân hủy (một phần): 4HNO3 → 2H2O + 4NO2 + O2. Một dung dịch axit có phần khối lượng của chất chính bằng 68% sôi ở nhiệt độ 121 °C. chất nguyên chất tương ứng với 1,397. Axit có thể được trộn với nước theo bất kỳ tỷ lệ nào và là chất điện ly mạnh, gần như phân hủy hoàn toàn thành các ion H+ và NO3-. Dạng rắn trihydrat và monohydrat có công thức: HNO3. 3H2O và HNO3. H2O tương ứng.

Axit nitric là chất ăn mòn, độc hại và là chất oxy hóa mạnh. Từ thời Trung cổ, cái tên “nước mạnh” (Aqua fortis) đã được biết đến. Các nhà giả kim đã phát hiện ra axit vào thế kỷ 13 đã đặt cho nó cái tên này vì bị thuyết phục về những đặc tính phi thường của nó (nó ăn mòn tất cả các kim loại ngoại trừ vàng), mạnh gấp một triệu lần so với cường độ của axit axetic, mà vào thời đó được coi là hoạt động mạnh nhất. . Nhưng ba thế kỷ sau, người ta phát hiện ra rằng ngay cả vàng cũng có thể bị ăn mòn bởi hỗn hợp axit như nitric và hydrochloric theo tỷ lệ thể tích 1:3, vì lý do này được gọi là “nước cường toan”. Sự xuất hiện của màu vàng trong quá trình bảo quản được giải thích là do sự tích tụ của oxit nitơ trong đó. Khi bán, axit thường có nồng độ 68%, khi hàm lượng chất chính lớn hơn 89% thì gọi là “bốc khói”.

Tính chất hóa học của axit nitric phân biệt nó với axit sunfuric hoặc axit clohydric loãng ở chỗ HNO3 là chất oxy hóa mạnh hơn nên hydro không bao giờ giải phóng khi phản ứng với kim loại. Do đặc tính oxy hóa, nó cũng phản ứng với nhiều phi kim loại. Trong cả hai trường hợp, nitơ dioxide NO2 luôn được hình thành. Trong các phản ứng oxi hóa khử, sự khử nitơ xảy ra ở các mức độ khác nhau: HNO3, NO2, N2O3, NO, N2O, N2, NH3, được xác định bởi nồng độ axit và hoạt tính của kim loại. Các phân tử của các hợp chất thu được có chứa nitơ có trạng thái oxy hóa lần lượt là +5, +4, +3, +2, +1, 0, +3. Ví dụ, đồng bị oxy hóa bằng axit đậm đặc thành đồng (II) nitrat: Cu + 4HNO3 → 2NO2 + Cu(NO3)2 + 2H2O, và phốt pho thành axit metaphosphoric: P + 5HNO3 → 5NO2 + HPO3 + 2H2O.

Mặt khác, axit nitric loãng sẽ tương tác với phi kim loại. Lấy ví dụ về phản ứng với photpho: 3P + 5HNO3 + 2H2O → 3H3PO4 + 5NO, có thể thấy nitơ bị khử về trạng thái hóa trị hai. Kết quả là tạo thành nitơ monoxit, còn phốt pho bị oxy hóa thành axit nitric đậm đặc trộn với axit clohydric hòa tan vàng: Au + 4HCl + HNO3 → NO + H + 2H2O và bạch kim: 3Pt + 18HCl + 4HNO3 → 4NO +3H2 + 8H2O. Trong những phản ứng này, ở giai đoạn đầu, axit clohydric bị oxy hóa bằng axit nitric, giải phóng clo và sau đó kim loại tạo thành clorua phức tạp.

Axit nitric được sản xuất ở quy mô công nghiệp theo ba cách chính:

1. Đầu tiên là sự tương tác của muối với axit sunfuric: H2SO4 + NaNO3 → HNO3 + NaHSO4. Trước đây, đây là phương pháp duy nhất, nhưng với sự ra đời của các công nghệ khác, giờ đây nó được sử dụng trong điều kiện phòng thí nghiệm để thu được axit bốc khói.
2. Thứ hai là phương pháp vòng cung. Khi không khí được thổi qua ở nhiệt độ 3000 đến 3500 °C, một phần nitơ trong không khí phản ứng với oxy, tạo thành nitơ monoxit: N2 + O2 → 2NO, sau khi làm mát sẽ bị oxy hóa thành nitơ dioxide (ở nhiệt độ cao, monoxit không tương tác với oxy): O2 + 2NO → 2NO2. Sau đó, hầu như tất cả nitơ dioxit, với lượng oxy dư thừa, đều hòa tan trong nước: 2H2O + 4NO2 + O2 → 4HNO3.
3. Thứ ba là phương pháp amoniac. Amoniac bị oxy hóa trên chất xúc tác bạch kim thành nitơ monoxit: 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O. Khí nitơ thu được nguội đi và tạo thành nitơ dioxide, được nước hấp thụ. Phương pháp này tạo ra axit có nồng độ từ 60 đến 62%.

Axit nitric được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp để sản xuất thuốc, thuốc nhuộm, phân đạm và muối axit nitric. Ngoài ra, nó còn được dùng để hòa tan các kim loại (ví dụ đồng, chì, bạc) không phản ứng với các axit khác. Trong đồ trang sức, nó được sử dụng để xác định vàng trong hợp kim (đây là phương pháp chính).

Axit nitric là một trong những hợp chất nitơ chính. Công thức hóa học - HNO3. Vậy chất này có những tính chất vật lý, hóa học gì?

Tính chất vật lý

Axit nitric tinh khiết không màu, có mùi hăng và có đặc tính “ bốc khói” khi tiếp xúc với không khí. Khối lượng mol là 63 g/mol. Ở nhiệt độ -42 độ, nó chuyển sang trạng thái kết tụ rắn và biến thành một khối màu trắng như tuyết. Axit nitric khan sôi ở 86 độ. Khi trộn với nước, nó tạo thành các dung dịch có nồng độ khác nhau.

Chất này là chất đơn bazơ, nghĩa là nó luôn có một nhóm cacboxyl. Trong số các axit có tính oxy hóa mạnh, axit nitric là một trong những chất mạnh nhất. Nó phản ứng với nhiều kim loại và phi kim loại, các hợp chất hữu cơ do khử nitơ

Nitrat là muối của axit nitric. Chúng thường được sử dụng làm phân bón trong nông nghiệp.

Tính chất hóa học

Công thức điện tử và cấu trúc của axit nitric được mô tả như sau:

Cơm. 1. Công thức điện tử của axit nitric.

Axit nitric đậm đặc tiếp xúc với ánh sáng và dưới ảnh hưởng của nó có khả năng phân hủy thành oxit nitơ. Ngược lại, các oxit tương tác với axit, hòa tan trong đó và làm cho chất lỏng có màu hơi vàng:

4HNO 3 =4NO 2 +O 2 +2H 2 O

Chất này nên được bảo quản ở nơi mát và tối. Khi nhiệt độ và nồng độ của nó tăng lên, quá trình phân hủy diễn ra nhanh hơn nhiều. Nitơ trong phân tử axit nitric luôn có hóa trị IV, trạng thái oxy hóa +5 và số phối trí là 3.

Vì axit nitric là một axit rất mạnh nên trong dung dịch nó phân hủy hoàn toàn thành các ion. Nó phản ứng với các oxit cơ bản, với bazơ và với muối của axit yếu hơn và dễ bay hơi hơn.

Cơm. 2. Axit nitric.

Axit monobasic này là một tác nhân oxy hóa mạnh. Axit nitric tấn công nhiều kim loại. Tùy thuộc vào nồng độ, hoạt tính của kim loại và điều kiện phản ứng, nó có thể bị khử bằng cách tạo thành muối axit nitric (nitrat) đồng thời thành các hợp chất.

Khi axit nitric phản ứng với kim loại có hoạt tính yếu, NO 2 được hình thành:

Cu+4HNO 3 (conc.)=Cu(NO 3) 2 +2NO 2 +2H 2 O

Axit nitric loãng trong trường hợp này bị khử thành NO:

3Cu+8HNO 3 (pha loãng)=3Сu(NO 3) 2 +2NO+4H 2 O

Nếu kim loại có hoạt tính mạnh hơn phản ứng với axit nitric loãng thì NO 2 được giải phóng:

4Mg+10HNO 3 (pha loãng)=4Mg(NO 3) 2 +N 2 O+5H 2 O

Axit nitric rất loãng khi tương tác với kim loại hoạt động sẽ bị khử thành muối amoni:

4Zn+10HNO 3 (rất loãng)=4Zn(NO 3) 2 +NH 4 NO 3 +3H 2 O

Au, Pt, Rh, Ir, Ta, Ti ổn định trong axit nitric đậm đặc. Nó “làm thụ động” các kim loại Al, Fe, Cr do sự hình thành màng oxit trên bề mặt kim loại.

Một hỗn hợp được tạo thành từ một thể tích nitric đậm đặc và ba thể tích axit clohydric (hydrochloric) đậm đặc được gọi là “nước cường toan”.

Cơm. 3. Rượu vodka hoàng gia.

Phi kim loại bị oxy hóa bằng axit nitric thành axit tương ứng và axit nitric, tùy theo nồng độ, bị khử thành NO hoặc NO 2:

C + 4HNO 3 (kết luận) = CO 2 +4NO 2 +2H 2 O

S+6HNO 3 (kết luận)=H 2 SO 4 +6NO 2 +2H 2 O

Axit nitric có khả năng oxy hóa một số cation và anion, cũng như các hợp chất cộng hóa trị vô cơ, chẳng hạn như hydro sunfua.

3H 2 S+8HNO 3 (pha loãng)= 3H 2 SO 4 +8NO+4H 2 O

Axit nitric tương tác với nhiều chất hữu cơ và một hoặc nhiều nguyên tử hydro trong phân tử chất hữu cơ được thay thế bằng nhóm nitro - NO 2. Quá trình này được gọi là nitrat hóa.

Ngày 23 tháng 2 năm 2018

Một trong những sản phẩm quan trọng nhất được con người sử dụng là axit nitrat. Công thức của chất này là HNO 3, đồng thời nó cũng có nhiều đặc tính vật lý và hóa học khác nhau để phân biệt với các axit vô cơ khác. Trong bài viết của chúng tôi, chúng tôi sẽ nghiên cứu các tính chất của axit nitric, làm quen với các phương pháp điều chế nó và cũng xem xét phạm vi ứng dụng của chất này trong các ngành công nghiệp, y học và nông nghiệp khác nhau.

Đặc điểm của tính chất vật lý

Axit nitric thu được trong phòng thí nghiệm, công thức cấu tạo được đưa ra dưới đây, là chất lỏng không màu, có mùi khó chịu, nặng hơn nước. Nó bay hơi nhanh và có nhiệt độ sôi thấp +83 °C. Hợp chất này dễ dàng trộn với nước theo bất kỳ tỷ lệ nào, tạo thành dung dịch có nồng độ khác nhau. Hơn nữa, axit nitrat có thể hấp thụ độ ẩm từ không khí, nghĩa là nó là chất hút ẩm. Công thức cấu trúc của axit nitric không rõ ràng và có thể có hai dạng.

Axit nitrat không tồn tại ở dạng phân tử. Trong các dung dịch nước có nồng độ khác nhau, chất này có dạng các hạt sau: H 3 O + - ion hydronium và anion của dư lượng axit - NO 3 -.

Tương tác axit-bazơ

Axit nitric, một trong những axit mạnh nhất, trải qua các phản ứng thay thế, trao đổi và trung hòa. Do đó, hợp chất này tham gia vào các quá trình trao đổi chất với các oxit cơ bản, dẫn đến tạo ra muối và nước. Phản ứng trung hòa là tính chất hóa học cơ bản của tất cả các axit. Sản phẩm của sự tương tác giữa bazơ và axit sẽ luôn là muối và nước tương ứng:

NaOH + HNO 3 → NaNO 3 + H 2 O

Video về chủ đề

Phản ứng với kim loại

Trong phân tử axit nitric có công thức HNO 3, nitơ thể hiện trạng thái oxy hóa cao nhất bằng +5 nên chất này có đặc tính oxy hóa rõ rệt. Là một axit mạnh, nó có khả năng phản ứng với các kim loại trong chuỗi hoạt động của kim loại cho đến hydro. Tuy nhiên, không giống như các axit khác, nó cũng có thể phản ứng với các nguyên tố kim loại thụ động, ví dụ như đồng hoặc bạc. Thuốc thử và sản phẩm của phản ứng được xác định bởi cả nồng độ của axit và hoạt động của kim loại.

Axit nitric loãng và tính chất của nó

Nếu phần khối lượng của HNO 3 là 0,4-0,6 thì hợp chất đó có tất cả tính chất của một axit mạnh. Ví dụ, nó phân ly thành cation hydro và anion của dư lượng axit. Các chất chỉ thị trong môi trường axit, chẳng hạn như quỳ tím, đổi màu sang màu đỏ khi có dư ion H+. Đặc điểm quan trọng nhất của phản ứng axit nitrat với kim loại là không có khả năng giải phóng hydro, chất này bị oxy hóa thành nước. Thay vào đó, nhiều hợp chất khác nhau được hình thành - oxit nitơ. Ví dụ, trong quá trình tương tác giữa bạc với các phân tử axit nitric, công thức của nó là HNO 3, người ta phát hiện ra nitơ monoxit, nước và muối - bạc nitrat. Mức độ oxy hóa nitơ trong anion phức giảm khi ba electron được thêm vào.

Axit nitrat phản ứng với các nguyên tố kim loại hoạt động như magie, kẽm, canxi tạo thành oxit nitric, có hóa trị nhỏ nhất, bằng 1. Muối và nước cũng được tạo thành:

4Mg + 10HNO3 = NH4NO3 + 4Mg(NO3)2 + 3H2O

Nếu axit nitric, công thức hóa học là HNO 3, rất loãng thì trong trường hợp này, các sản phẩm tương tác của nó với kim loại hoạt động sẽ khác nhau. Đây có thể là amoniac, nitơ tự do hoặc oxit nitric (I). Tất cả phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài, bao gồm mức độ nghiền kim loại và nhiệt độ của hỗn hợp phản ứng. Ví dụ, phương trình tương tác của nó với kẽm sẽ như sau:

Zn + 4HNO 3 = Zn(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

Axit HNO 3 (96-98%) đậm đặc khi phản ứng với kim loại sẽ bị khử thành nitơ dioxit và điều này thường không phụ thuộc vào vị trí của kim loại trong dãy N. Beketov. Điều này xảy ra trong hầu hết các trường hợp, chẳng hạn như khi tương tác với bạc.

Chúng ta hãy nhớ ngoại lệ của quy tắc: axit nitric đậm đặc trong điều kiện bình thường không phản ứng với sắt, nhôm và crom mà làm thụ động chúng. Điều này có nghĩa là một màng oxit bảo vệ được hình thành trên bề mặt kim loại, ngăn cản sự tiếp xúc thêm với các phân tử axit. Hỗn hợp chất đó với axit clorua đậm đặc theo tỷ lệ 3:1 được gọi là nước cường toan. Nó có khả năng hòa tan vàng.

Axit nitrat phản ứng với phi kim như thế nào?

Đặc tính oxy hóa mạnh của chất này dẫn đến thực tế là trong các phản ứng của nó với các nguyên tố phi kim loại, chất này sẽ chuyển thành dạng axit tương ứng. Ví dụ, lưu huỳnh bị oxy hóa thành axit sunfat, boron thành axit boric và phốt pho thành axit photphat. Các phương trình phản ứng dưới đây xác nhận điều này:

S 0 + 2HN V O 3 → H 2 S VI O 4 + 2N II O

Điều chế axit nitric

Phương pháp phòng thí nghiệm thuận tiện nhất để thu được chất này là sự tương tác của nitrat với axit sunfat đậm đặc. Nó được thực hiện với nhiệt độ thấp, tránh sự gia tăng nhiệt độ, vì trong trường hợp này sản phẩm thu được sẽ bị phân hủy.

Trong công nghiệp, axit nitric có thể được sản xuất bằng nhiều cách. Ví dụ, bằng quá trình oxy hóa amoniac thu được từ nitơ và hydro trong không khí. Quá trình sản xuất axit diễn ra trong nhiều giai đoạn. Sản phẩm trung gian sẽ là oxit nitơ. Đầu tiên, nitơ monoxit NO được hình thành, sau đó nó bị oxy hóa bởi oxy trong khí quyển thành nitơ dioxide. Cuối cùng, trong phản ứng với nước và lượng oxy dư, axit nitrat loãng (40-60%) được tạo ra từ NO 2. Nếu chưng cất bằng axit sunfat đậm đặc thì phần khối lượng của HNO 3 trong dung dịch có thể tăng lên 98.

Phương pháp sản xuất axit nitrat được mô tả ở trên lần đầu tiên được đề xuất bởi người sáng lập ngành công nghiệp nitơ ở Nga I. Andreev vào đầu thế kỷ 20.

Ứng dụng

Như chúng ta nhớ, công thức hóa học của axit nitric là HNO 3. Đặc điểm hóa học nào quyết định công dụng của nó nếu axit nitrat là sản phẩm sản xuất hóa chất quy mô lớn? Đây là khả năng oxy hóa cao của một chất. Nó được sử dụng trong ngành công nghiệp dược phẩm để thu được thuốc. Chất này đóng vai trò là nguyên liệu ban đầu để tổng hợp các hợp chất nổ, nhựa và thuốc nhuộm. Axit nitrat được sử dụng trong công nghệ quân sự làm chất oxy hóa cho nhiên liệu tên lửa. Một khối lượng lớn của nó được sử dụng để sản xuất các loại phân đạm quan trọng nhất - diêm tiêu. Chúng giúp tăng năng suất của các loại cây nông nghiệp quan trọng nhất và tăng hàm lượng protein trong trái cây và khối lượng xanh.

Các lĩnh vực ứng dụng nitrat

Sau khi xem xét các tính chất cơ bản, sản xuất và sử dụng axit nitric, chúng ta sẽ tập trung vào việc sử dụng các hợp chất quan trọng nhất của nó - muối. Chúng không chỉ là phân khoáng, một số còn có tầm quan trọng lớn trong ngành công nghiệp quân sự. Ví dụ, hỗn hợp bao gồm 75% kali nitrat, 15% than mịn và 5% lưu huỳnh được gọi là bột đen. Ammonal, một chất nổ, được lấy từ amoni nitrat, cũng như than và bột nhôm. Một đặc tính thú vị của muối axit nitrat là khả năng phân hủy khi đun nóng.

Hơn nữa, sản phẩm phản ứng sẽ phụ thuộc vào ion kim loại nào có trong muối. Nếu một nguyên tố kim loại nằm trong chuỗi hoạt động ở bên trái magie thì nitrit và oxy tự do sẽ được tìm thấy trong các sản phẩm. Nếu kim loại có trong nitrat nằm từ magie đến đồng, thì khi đun nóng muối, nitơ dioxide, oxy và oxit của nguyên tố kim loại sẽ được hình thành. Muối bạc, vàng hoặc bạch kim ở nhiệt độ cao tạo thành kim loại tự do, oxy và nitơ dioxide.

Trong bài viết của chúng tôi, chúng tôi đã tìm ra công thức hóa học của axit nitric trong hóa học là gì và đặc điểm oxy hóa của nó là quan trọng nhất.