高校化学「無機物質の性質」硝酸の合成�B

高校化学「無機物質の性質」硝酸の合成�B

◆問題

硝酸は、工業的にはアンモニアの酸化によってつくられる。(�@)を触媒として、800〜900℃でアンモニアと空気中の酸素を反応させて(�A)をつくり、これを空気中で酸化して(�B)としたのち、温水と反応させて硝酸を得る。この方法を(�C)という。

(1) �@〜�Cに適語を入れよ。

(2) この文章で示される三段階の化学変化を表す化学反応式を書け。

(3) (2)で表した三段階の化学反応を１つにまとめて反応全体を表す化学反応式を書け。


(3)の解答はこのページ下に掲載します。


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◆解答

(2)で表した３つの化学反応式は、

４ＮＨ₃＋５Ｏ₂→４ＮＯ＋６Ｈ₂Ｏ　…�@

２ＮＯ＋Ｏ₂→２ＮＯ₂　…�A

３ＮＯ₂＋Ｈ₂Ｏ→２ＨＮＯ₃＋ＮＯ　…�B

これらになります。
このような一連の反応式をまとめるときは、両辺に存在する同じ物質をプラマイゼロで消去するようにしていきます。

�Bの式には、ＮＯも含まれているので、まずは�Aと�BのＮＯ₂に注目すると、
�A×３＋�B×２で、ＮＯ₂を消去することができます。

�A×３・・・６ＮＯ＋３Ｏ₂→６ＮＯ₂
�B×２・・・６ＮＯ₂＋２Ｈ₂Ｏ→４ＨＮＯ₃＋２ＮＯ

これらを合わせると、

６ＮＯ＋３Ｏ₂＋６ＮＯ₂＋２Ｈ₂Ｏ→６ＮＯ₂＋４ＨＮＯ₃＋２ＮＯ

両辺に共通するものを消去すれば、

４ＮＯ＋３Ｏ₂＋２Ｈ₂Ｏ→４ＨＮＯ₃

このような式が得られます。
�@の右辺には４ＮＯがあるので、ちょうどそのまま足せばＯＫです。

４ＮＯ＋３Ｏ₂＋２Ｈ₂Ｏ＋４ＮＨ₃＋５Ｏ₂→４ＨＮＯ₃＋４ＮＯ＋６Ｈ₂Ｏ

これも両辺で共通するものを消して、同じものをまとめれば、
４ＮＨ₃＋８Ｏ₂→４ＨＮＯ₃＋４Ｈ₂Ｏ

係数は全て４の倍数なので４で割ると、
ＮＨ₃＋２Ｏ₂→ＨＮＯ₃＋Ｈ₂Ｏ

これで１つにまとめた化学反応式が完成です！


次の問題→アンモニア３．４ｋｇの場合


オストワルト法
非金属元素まとめ


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