Trong công nghiệp, nitric acid được sản xuất theo 3 giai đoạn của quá trình Ostwald:
• Giai đoạn 1: Oxi hóa NH3 thành NO. Nung nóng hỗn hợp gồm 1 phần thể tích amnonia và 9 phần thể tích không khí (Biết không khí chứa 21% thể tích oxygen) tới nhiệt độ khoảng 900°C (xúc tác Pt, Pb).
4NH3(g) + 5O2(g) → 4NO(g) + 6H2O(g)
• Giai đoạn 2: Oxi hóa NO thành NO2. Dẫn hỗn hợp khí sau giai đoạn 1 qua hệ thống làm mát để hạ nhiệt độ.
2NO + O2 → 2NO2
• Giai đoạn 3: Tổng hợp nitric acid. 3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO
Khí NO sinh ra ở giai đoạn 3 được dẫn quay về giai đoạn 2 của chu trình sản xuất.
a) Trong quá trình Ostwald NH3, NO chỉ thể hiện tính khử còn NO2 vừa có tính khử, vừa có tính oxi hóa.
b) Nếu coi hiệu suất của mỗi giai đoạn đều là 100%, trong quá trình Ostwald, tỉ lệ thể tích NH3 : O2 thực tế đã dùng là 4 : 7.
c) Để điều chế 200 000 tấn nitric acid có nồng độ 60% cần dùng 33660 tấn NH3 nếu coi hiệu suất của cả quá trình là 100%.
d) Hoà tan 2,16 gam Mg vào dung dịch HNO3 loãng dư (được sản xuất theo quá trình Ostwald). Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 0,01 mol khí N2 duy nhất và dung dịch thu được có chứa 14,12 gam muối.
Câu trả lời tốt nhất
(a) Đúng: NH3 (N-3 lên +2), NO (N+2 lên +4), NO2 (N+4 lên +5 và xuống +2).
(b) Sai, trong quá trình Ostwald toàn bộ NH3 chuyển hóa hết thành HNO3 nên bảo toàn electron có: 8nNH3 = 4nO2 —> nNH3 : nO2 = 4 : 8 = 1 : 2, đây cũng là tỉ lệ thể tích NH3 : O2 (đo trong cùng điều kiện).
(c) Sai
Tỉ lệ 17 tấn NH3 tạo 63 tấn HNO3
—> mNH3 = 200000.60%.17/63 = 32381 tấn
(d) Đúng
Bảo toàn electron: 2nMg = 10nN2 + 8nNH4NO3
—> nNH4NO3 = 0,01
—> m muối = mMg(NO3)2 + mNH4NO3 = 14,12