두 개의 산소 원자와 질소 원자 사이의 질산 분자에서 두 개의 화학 결합이 완전히 동일하다는 것이 실험적으로 입증되었습니다. 즉, 1.5개의 결합입니다. 질소의 산화 상태는 +5이고 원자가는 IV.

물리적 특성

질산 HNO 3 순수한 형태 - 날카로운 질식 냄새가 나는 무색 액체로 물에 무한히 용해됩니다. t°pl.= -41°C; t°비등 = 82.6°C, r = 1.52 g/cm 3 . 번개 방전 중에 소량으로 형성되며 빗물에 존재합니다.

빛의 영향으로 질산이 부분적으로 분해되어 방출됩니다. N O 2 및 씨그 후에도 연한 갈색을 얻습니다.

N 2 + O 2 뇌우 el. 숫자 → 2NO

2NO + O 2 → 2NO 2

4H N O 3등 → 4 N 오 2 (갈색 가스)+ 2H2O + O2

고농도 질산은 공기 중에 가스를 방출하며, 밀폐된 병에서는 이 가스가 갈색 증기(질소 산화물)로 감지됩니다. 이들 가스는 독성이 매우 강하므로 흡입하지 않도록 주의해야 합니다. 질산은 많은 유기 물질을 산화시킵니다. 종이와 직물은 이러한 물질을 구성하는 물질의 산화로 인해 파괴됩니다. 농축된 질산은 장기간 접촉 시 심한 화상을 일으키고, 단시간 접촉 시 며칠 동안 피부가 황변됩니다. 피부가 황변하는 것은 단백질의 파괴와 황의 방출(농축된 질산에 대한 질적 반응 - 산이 단백질에 작용할 때 원소 황의 방출로 인한 노란색 착색 - 크산토단백질 반응)을 나타냅니다. 즉, 피부 화상입니다. 화상을 예방하려면 고무장갑을 끼고 진한 질산으로 작업해야 합니다.

영수증

1. 실험실 방법

KNO 3 + H 2 SO 4 (농도) → KHSO 4 + HNO 3 (가열했을 때)

2. 산업적 방법

이는 세 단계로 수행됩니다.

a) 백금 촉매 위의 암모니아를 NO로 산화

4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O (조건: 촉매 – Pt, t = 500˚С)

b) 대기 산소에 의한 NO의 NO2산화

2NO + O 2 → 2NO 2

c) 과잉 산소가 있을 때 물에 의한 NO 2 흡수

4NO 2 + O 2 + 2H 2 O ← 4HNO 3

또는3 NO 2 + H 2 O ← 2 HNO 3 + NO (과잉 산소 없이)

시뮬레이터 "질산 생산"

애플리케이션

• 광물질 비료 생산에;
• 군사 산업에서;
• 사진 촬영 - 일부 착색 용액의 산성화;
• 이젤 그래픽 - 에칭 인쇄 양식(에칭 보드, 아연도금 인쇄 양식 및 마그네슘 진부한 표현)용.
• 폭발물 및 독성 물질 생산

통제에 관한 질문:

1위. 질산 분자의 질소 원자의 산화 상태

ㅏ. +4

비. +3

씨. +5

디. +2

2번. 질산 분자의 질소 원자는 -와 같은 원자가를 갖습니다.

ㅏ. II

비. V

씨. IV

디. III

3번. 순수한 질산의 특징은 어떤 물리적 특성입니까?

ㅏ. 색깔 없음

비. 냄새가 없다

씨. 자극적인 냄새가 강하다

디. 발연 액체

이자형. 노란색으로 칠해진

4번. 출발 물질과 반응 생성물을 연결하세요:

a) NH3+O2	1) 아니오 2
b) KNO3 + H2SO4	2) NO 2 + O 2 + H 2 O
다) HNO3	3) NO + H2O
d) NO + O 2	4)KHSO4 + HNO3

5호. 전자평형법을 이용하여 계수를 배열하고, 전자의 전이를 보여주고, 산화과정(환원, 산화제(환원제))을 나타냅니다.

NO 2 + O 2 + H 2 O ← HNO 3

질산 : 특성 및 반응,
기본 생산

9 등급

아이들은 화학 수업에 오면 새로운 것을 배우고 지식을 적용하고 싶어하며, 특히 독립적으로 정보를 얻고 실험하는 것을 좋아합니다. 이 수업은 학생들이 새로운 물질을 공부할 때 질소 원자의 구조, 화학 결합의 유형, 전해 해리, 산화환원 반응, 실험 수행 시 안전 주의사항 등 이전에 습득한 지식을 사용할 수 있도록 구성되어 있습니다.

목표. ED(전해해리) 이론을 바탕으로 질소산화물의 분류와 특성, 질산의 일반적인 특성을 검토합니다. 묽은 산과 진한 산이 금속과 상호 작용하는 예를 사용하여 학생들에게 질산의 산화 특성을 소개합니다. 질산을 생산하는 방법과 그 응용 분야에 대한 아이디어를 제공하십시오.

장비.학생들 앞의 각 테이블에는 수업 계획, 질산과 금속의 상호 작용에 대한 다이어그램, 시약 세트 및 연구 자료를 통합하기 위한 테스트가 있습니다.

계획

질소 산화물.

질산 분자의 구성과 구조.

질산의 물리적 특성.

질산의 화학적 성질.

질산의 제조.

질산의 적용.

재료 통합(옵션에 따라 테스트)

수업 중

질소 산화물

선생님.질소산화물 공식을 기억하고 쓰세요. 염 형성, 비염 형성이라고 불리는 산화물은 무엇입니까? 왜?

학생들은 독립적으로 다섯 가지 질소 산화물의 공식을 적고, 이름을 짓고, 질소 함유 산소산을 기억하고, 산화물과 산 사이의 대응관계를 확립합니다. 학생 중 한 명이 칠판(테이블)에 글을 씁니다.

테이블

질소산화물, 산, 염의 비교

시연 경험:
질소(IV) 산화물과 물의 상호 작용

선생님. 있는 용기에는아니오 2 약간의 물을 넣고 내용물을 흔든 다음 결과 용액을 리트머스로 테스트하십시오.

우리는 무엇을 보고 있나요? 두 가지 산이 생성되어 용액이 빨간색으로 변합니다.

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

질소의 산화 정도아니오 2 +4와 같습니다. 즉, 이는 용액에서 더 안정한 +3과 +5 사이의 중간이므로 두 개의 산은 산화질소(IV)(아질산과 질산)에 해당합니다.

분자의 구성과 구조

선생님.질산의 분자식을 칠판에 적고, 분자 질량을 계산하고, 원소의 산화 상태를 기록해 보세요. 구조식과 전자식을 쓰세요.

학생들은 다음 공식을 구성합니다(그림 1).

쌀. 1. 질산의 잘못된 구조 및 전자식

선생님.이 공식에 따르면 10개의 전자가 질소 주위를 회전하지만, 그럴 수 없습니다. 왜냐하면... 질소는 두 번째 주기에 속하며 외부 층에 최대 8개의 전자만 가질 수 있습니다. 공여체-수용체 메커니즘에 따라 질소 원자와 산소 원자 중 하나 사이에 공유 결합이 형성된다고 가정하면 이러한 모순이 제거됩니다.(그림 2).

쌀. 2. 질산의 전자식.
질소 원자의 전자는 검은 점으로 표시됩니다.

그러면 질산의 구조식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.(그림 3) :

쌀. 3. 질산의 구조식
(화살표로 표시된 기증자-수용자 결합)

그러나 이중 결합이 두 개의 산소 원자 사이에 고르게 분포되어 있다는 것이 실험적으로 입증되었습니다. 질산에서 질소의 산화 상태는 +5이고 원자가(주)는 4입니다. 왜냐하면 공통 전자쌍이 4개만 있기 때문입니다.

질산의 물리적 성질

선생님.당신 앞에는 희석된 질산과 농축된 질산이 담긴 병이 놓여 있습니다. 관찰한 물리적 특성을 설명하세요..

학생들은 질산을 물보다 무겁고, 색깔이 노르스름하며, 자극적인 냄새가 나는 액체로 묘사합니다. 질산용액은 무색, 무취이다.

선생님. 질산의 끓는점은 +83 °C이고 어는점은 -41 °C입니다. 정상적인 조건에서는 액체입니다. 톡 쏘는 냄새가 나고 보관 중에 노랗게 변하는 것은 농축된 산이 불안정하여 빛이나 열에 노출되면 부분적으로 분해되기 때문으로 설명됩니다.

산의 화학적 성질

선생님. 산이 어떤 물질과 상호 작용하는지 기억하십니까?(학생의 이름.)

당신 앞에 시약이 있고, 나열된 반응*을 수행하고 관찰 내용을 적습니다(반응은 TED의 관점에서 기록되어야 합니다).

이제 질산의 구체적인 특성을 살펴보겠습니다.

저장 중에 산이 노란색으로 변한다는 사실을 확인했습니다. 이제 이를 화학 반응으로 증명하겠습니다.

4HNO3 = 2H2O + 4NO2 + O2.

(학생들은 반응의 전자 균형을 독립적으로 기록합니다.)

'갈색가스' 방출(NO2) 산에 색을 입힌다.

이 산은 특히 금속에 대해 거동합니다. 금속이 산성 용액에서 수소를 대체한다는 것을 알고 있지만 질산과 상호 작용할 때는 이런 일이 발생하지 않습니다.

다양한 농도의 산이 금속과 반응할 때 방출되는 가스를 보여주는 책상 위의 도표(그림 4)를 보십시오. (다이어그램으로 작업하세요.)

쌀. 4. 질산과 금속의 상호 작용 방식

시연 경험:
진한 질산과 구리의 상호 작용

질산(농도)과 구리 분말 또는 잘게 잘린 구리선 조각의 반응에 대한 매우 효과적인 시연:

학생들은 반응의 전자 균형을 독립적으로 기록합니다.

산성 생산

선생님. 질산 획득 문제를 고려하지 않으면 수업이 불완전해질 것입니다.

실험실 방법: 질산염에 대한 진한 황산의 영향(그림 5).

NaNO 3 + H 2 SO 4 = NaHSO 4 + HNO 3.

업계에서는 산은 주로 암모니아 법으로 생산됩니다.

쌀. 5. 지금까지 실험실에서 질산을 얻기 위해
오래된 화학도구를 사용하면 편리하다 – 레토르트

2000°C 이상의 온도에서 질소와 산소로부터 산을 생성하는 방법(전기 아크)은 특별히 널리 보급되지 않았습니다.

러시아에서 질산 생산의 역사는 화학자이자 기술자인 Ivan Ivanovich Andreev(1880-1919)의 이름과 관련이 있습니다.

1915년에 그는 암모니아로부터 산을 생산하기 위한 최초의 시설을 만들었고 1917년에 개발된 방법을 공장 규모로 구현했습니다. 첫 번째 공장은 도네츠크에 건설되었습니다.

이 방법에는 여러 단계가 포함됩니다.

1) 암모니아-공기 혼합물의 준비.

2) 백금 메쉬 위의 ​​공기 산소를 이용한 암모니아 산화:

4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O.

3) 산화질소(II)를 산화질소(IV)로 추가 산화:

2NO + O 2 = 2NO 2.

4) 산화질소(IV)를 물에 용해시켜 산을 생성하는 단계:

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

산소가 있는 상태에서 용해가 수행되면 모든 질소산화물(IV)이 질산으로 전환됩니다.

5) 질산을 얻는 마지막 단계는 질소산화물로부터 대기로 방출되는 가스를 정화하는 것입니다. 이러한 가스의 구성은 최대 98% 질소, 2~5% 산소, 0.02~0.15% 질소 산화물입니다. (초기에는 암모니아 산화를 위해 공기 중에 질소가 포함되어 있었습니다.) 이러한 배기 가스의 질소 산화물이 0.02%를 초과하면 특별히 촉매 작용에 의해 질소로 환원됩니다. 왜냐하면 이러한 소량의 산화물이라도 주요 환경 문제를 일으키기 때문입니다.

모든 것을 말한 후에 질문이 생깁니다. 왜 산이 필요한가요?

산의 적용

선생님.질산은 다음의 생산에 사용됩니다: 질소 비료, 주로 질산암모늄(어떻게 얻나요?) 폭발물(왜?); 염료; 질산염에 대해서는 다음 강의에서 다루겠습니다.

재료 고정

정면 수업 조사

– 질산에서 질소의 산화수는 왜 +5이고 원자가는 4인가?

– 질산은 어떤 금속과 반응하지 않나요?

– 염산과 질산을 인식해야 합니다. 테이블에는 구리, 알루미늄, 철의 세 가지 금속이 있습니다. 무엇을 할 것이며 그 이유는 무엇입니까?

시험

옵션 1

1. 다음 중 질소 원자의 에너지 준위 전반에 걸친 전자 분포에 해당하는 일련의 숫자는 무엇입니까?

1) 2, 8, 1; 2) 2, 8, 2; 3) 2, 4; 4) 2, 5.

2. 실제로 가능한 반응에 대한 방정식을 완성하십시오.

1) HNO 3 (희석) + Cu...;

2) Zn + HNO3(농축)...;

3) HNO3 + MgCO3...;

4) CuO+KNO3…

3. 질산의 산업적 생산 과정 중 하나를 나타내는 방정식은 무엇인지 표시하십시오.

1) 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O;

2) 5HNO3 + 3P + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO;

3) N 2 + O 2 = 2NO.

4. 음의 산화 상태는 화합물의 질소에 의해 나타납니다.

1) N2O; 2) 아니오; 3) 아니오 2; 4) 나 3 N.

5. 구리 부스러기와 농축 질산의 상호 작용으로 인해 다음이 형성됩니다.

1) 아니오 2; 2) 아니오; 3) N2; 4) NH 3.

옵션 2

1. 질소의 가장 높은 원자가 값은 다음과 같습니다.

1) 1; 2) 2; 3) 5; 4) 4.

2. 나트륨, 알루미늄, 아연, 철, 크롬과 같은 금속과 농축 질산의 가능한 상호 작용을 기록하십시오.

3. 질산 생산의 원료가 되는 물질을 선택하십시오.

1) 질소와 수소;

2) 암모니아, 공기 및 물;

3) 질산염.

4. 농축 질산은 다음과 반응하지 않습니다.

1) 이산화탄소;

2) 염산;

3) 탄소;

4) 수산화바륨.

5. 매우 묽은 산이 마그네슘과 반응하면 다음이 형성됩니다.

1) 아니오 2; 2) 아니오; 3) N2O; 4) NH4NO3.

테스트 답변 옵션 1. 1 – 4; 1) 8HNO 3 (희석) + 3Cu = 3Cu(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O; 2) Zn + 4HNO 3 (농도) = Zn(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O; 3) 2HNO3 + MgCO3 = Mg(NO3)2 + CO2 + H2O; 3 – 1; 4 – 4; 5 – 1. 옵션 2. 1 – 4; Na + 2HNO 3 (농도) = NaNO 3 + NO 2 + H 2 O, Zn + 4HNO 3 (농축) = Zn(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O; 3 – 2; 4 – 1; 5 – 4.

* 예를 들어, 어린이들에게 다음과 같은 실험실 실험을 하도록 초대할 수 있습니다.

1) 질산용액이 담긴 시험관에 리트머스를 넣고 수산화나트륨용액을 서서히 첨가한다. 관찰한 내용을 적어보세요.

2) 시험관에 분필을 넣고 묽은질산을 넣는다.

3) 시험관에 산화구리(II)를 조금 넣고 묽은질산을 넣는다. 해결책은 어떤 색인가요? 시험관을 홀더에 고정하고 따뜻하게 합니다. 용액의 색깔은 어떻게 변하나요? 색상 변경은 무엇을 의미하나요? – 메모 편집하다.

아질산은 묽은 수용액, 파란색, 기체 형태로만 존재할 수 있는 일염기성 약산입니다. 이 산의 염을 아질산 또는 아질산염이라고 합니다. 그들은 독성이 있고 산 자체보다 더 안정적입니다. 이 물질의 화학식은 다음과 같습니다: HNO2.

물리적 특성:
1. 몰 질량은 47g/mol입니다.
2. 오전 27시
3. 밀도는 1.6입니다.
4. 녹는점은 42도이다.
5. 끓는점은 158도입니다.

아질산의 화학적 성질

1. 아질산 용액을 가열하면 다음과 같은 화학 반응이 일어난다.
3HNO2(아질산) = HNO3(질산) + 가스로 방출된 2NO) + H2O(물)

2. 수용액에서는 더 강한 산에 의해 해리되고 염으로부터 쉽게 대체됩니다.
H2SO4(황산) + 2NaNO2(아질산나트륨) = Na2SO4(황산나트륨) + 2HNO2(아질산)

3. 우리가 고려하고 있는 물질은 산화성과 환원성을 모두 나타낼 수 있습니다. 더 강한 산화제(예: 염소, 과산화수소 H2O2)에 노출되면 질산으로 산화됩니다(경우에 따라 질산 염이 형성됨).

회복 속성:

HNO2(아질산) + H2O2(과산화수소) = HNO3(질산) + H2O(물)
HNO2 + Cl2(염소) + H2O(물) = HNO3(질산) + 2HCl(염산)
5HNO2(아질산) + 2HMnO4 = 2Mn(NO3)2(질산망간, 질산염) + HNO3(질산) + 3H2O(물)

산화성:

2HNO2(아질산) + 2HI = 2NO(가스 형태의 산소 산화물) + I2(요오드) + 2H2O(물)

아질산의 제조

이 물질은 여러 가지 방법으로 얻을 수 있습니다.

1. 질소산화물(III)이 물에 용해되는 경우:

N2O3(산화질소) + H2O(물) = 2HNO3(아질산)

2. 질소산화물(IV)을 물에 녹일 때:
2NO3(산화질소) + H2O(물) = HNO3(질산) + HNO2(아질산)

아질산의 적용:
- 방향족 1차 아민의 디아조화;
- 디아조늄염 생산;
- 유기 물질 합성(예: 유기 염료 생산).

아질산이 신체에 미치는 영향

이 물질은 본질적으로 탈아민제이기 때문에 독성이 있고 강력한 돌연변이 유발 효과를 가지고 있습니다.

아질산염이란 무엇입니까?

아질산염은 아질산의 다양한 염입니다. 질산염보다 온도에 대한 저항력이 약합니다. 일부 염료 생산에 필요합니다. 의학에 사용됩니다.

아질산나트륨은 인간에게 특별한 의미를 갖습니다. 이 물질의 공식은 NaNO2입니다. 생선 및 육류 제품 생산시 식품 산업의 방부제로 사용됩니다. 순백색 또는 약간 황색을 띠는 분말이다. 아질산나트륨은 흡습성이 있으며(정제된 아질산나트륨 제외) H2O(물)에 잘 녹습니다. 공기 중에서는 강한 환원 특성을 가질 때까지 점진적으로 산화될 수 있습니다.

아질산나트륨은 다음 용도로 사용됩니다.
- 화학적 합성: 디아조아민 화합물 생산, 과량의 아지드화나트륨 비활성화, 산소, 산화나트륨 및 질소나트륨 생산, 이산화탄소 흡수
- 식품 생산(식품 첨가물 E250): 항산화제 및 항균제;
- 건설 중: 구조물 및 건축 제품 제조에서 콘크리트에 부동액 첨가제로, 유기 물질 합성에서, 대기 부식 억제제로, 고무, 포퍼, 폭발물용 첨가제 용액 생산에서; 주석층을 제거하기 위해 금속을 가공할 때와 인산염 처리를 할 때;
- 사진 촬영 시: 항산화제 및 시약으로 사용됩니다.
- 생물학 및 의학: 혈관 확장제, 진경제, 완하제, 기관지 확장제; 시안화물로 동물이나 사람을 중독시키는 해독제로 사용됩니다.

현재는 다른 아질산 염(예: 아질산칼륨)도 사용됩니다.

질산의 산화 특성.

기사의 OVR은 특별히 강조되어 있습니다.색상 . 그들에게 특별한 관심을 기울이십시오. 이러한 방정식은 통합 상태 시험에 나타날 수 있습니다.

– 어떤 형태(희석이든 농축이든)는 강력한 산화제입니다.

또한 농축된 것보다 희석된 것이 더 깊게 복원됩니다.

산화 특성은 가장 높은 산화 상태 +5의 질소에 의해 제공됩니다.

이 화합물의 질소 원자가는 얼마입니까? 질문은 매우 까다롭습니다. 많은 사람들이 올바르게 대답합니다. 질산의 질소는 IV의 원자가를 갖습니다.

질소 원자는 더 이상 공유 결합을 형성할 수 없습니다. 전자 다이어그램을 살펴보세요.

각 산소 원자와 세 개의 결합이 있고 네 번째는 분포되어 1.5개의 결합이 형성됩니다. 따라서 질소의 원자가는 IV이고 산화 상태는 +5입니다.

가장 흥미로운 첫 번째 특성은 금속과의 상호작용입니다.

금속과 상호작용할 때 수소는 절대 방출되지 않습니다.

질산(희석 및 농축 모두)과 금속의 반응 계획:

HNO 3 + Me → 질산염 + H 2 O + 환원된 질소 생성물

두 가지 뉘앙스:

1. , 부동태화로 인해 정상적인 조건에서는 진한 질산과 반응하지 않습니다. 가열이 필요합니다.

2. 다 백금그리고 금진한 질산은 전혀 반응하지 않습니다.

질소가 어느 정도까지 감소될 수 있는지 이해하기 위해 산화 상태 다이어그램을 살펴보겠습니다.

질소 +5는 산화제이므로 환원됩니다. 즉, 산화도를 감소시킵니다.

가능한 모든 질소 감소 제품은 다이어그램에서 빨간색 원으로 표시됩니다.

(물론 그러한 반응이 모두 무엇이든 줄 수 있는 것은 아니지만 통합 상태 시험에서는 이것들만 형성됩니다.)

순전히 논리적으로 어떤 제품이 구성될지 결정할 수 있습니다.

• -3 또는 +1과 같은 낮은 산화 상태로 각각 NH 4 NO 3 또는 N 2 O 생성물이 형성되면 질소는 충분히 강한 활성 금속에 의해서만 감소됩니다. 알칼리-1 족 주요 하위 그룹, 알칼리 토류, Al과 Zn도 마찬가지다. 앞서 언급했듯이 묽은 산은 더 깊게 환원되므로 활성 금속이 농도와 상호 작용할 때. 질산은 N 2 O를 생성하고 dil과 상호 작용할 때. 질산 NH 4 NO 3.

4Ba + 10HNO 3( 농도 .) → 4Ba(아니요 3 ) 2 +5시간 2 O+N 2 영형

4Ba + 10HNO 3( 라브 .) → 4Ba(아니요 3 ) 2 + 3시간 2 O+NH 4 아니요 3

8Li + 10HNO 3( 농도 .) → 8LiNO 3 +5시간 2 O+N 2 영형

8Li + 10HNO 3( 라브 .) → 8LiNO 3 + 3시간 2 O+NH 4 아니요 3

8Al + 30HNO 3( 농도 .) (t)→ 8Al(NO 3 ) 3 +15시간 2 O+3N 2 영형

8Al + 30HNO 3( 라브 .) → 8Al(NO 3 ) 3 + 9시간 2 O+3NH 4 아니요 3

나머지 금속은 질산을 +2 또는 +4로 감소시켜 각각 NO 또는 O 2 생성물을 형성합니다.

묽은 산이 더 깊게 환원됩니다.

• 특별히 활성이 없는 금속이 그것과 상호 작용하면 NO가 형성됩니다. 글쎄, 드디어. 질소 NO 2:

Cu + 4HNO 3( 농도 .) → 구리(NO 3 ) 2 + 2시간 2 O+2NO 2

3Cu + 8HNO 3( 라브 .) → 3Cu(NO 3 ) 2 + 4시간 2 O+2NO

철 + 6HNO 3( 농도 .) (t)→Fe(NO 3 ) 3 + 3시간 2 O+3NO 2

철 + 4HNO 3( 라브 .) → 철(NO 3 ) 3 + 2시간 2 아+아니요

(철은 가장 높은 산화 상태로 산화됩니다)

Ag + 2HNO 3( 농도 .) → AgNO 3 +H 2 아+아니요 2

3Ag + 4HNO 3( 라브 .) → 3AgNO 3 + 2시간 2 아+아니요

선택의 논리를 즉시 이해하기 어려운 경우 다음 표를 참조하세요.

그리고 질산은 산화된다. 비금속에서 고급 산화물까지.

비금속은 활성 금속만큼 강력한 환원제가 아니기 때문에 질소는 +4로만 환원되어 각각 NO 2 또는 NO를 형성할 수 있습니다.

비금속을 진한 질산으로 산화시키면 갈색가스(NO2)가 생성되고, 산이 묽어지면 NO가 생성된다. 반응 계획은 다음과 같습니다:

비금속+ HNO 3 (희석) → + NO

비금속+ HNO 3 (농축) → 가장 높은 산화 상태의 비금속 화합물+ 아니오 2

4 HNO 3(계속) → 콜로라도 2 + 2 시간 2 영형 + 4 아니요 2

3C + 4HNO 3( 라브 .) → 3CO 2 + 2시간 2 O+4NO

(탄산은 불안정하여 생성되지 않습니다)

5HNO 3( 농도 .) →H 3 P.O. 4 +H 2 오+5 아니요 2

3P+5HNO 3( 라브 .) + 2시간 2 ㅇ → 3시간 3 P.O. 4 + 5NO

+ 3 HNO 3( 농도 .) →H 3 악. 3 +3아니오 2

B+HNO 3( 라브 .) +H 2 오 → H 3 악. 3 +아니요

6HNO 3( 농도 .) →H 2 그래서 4 + 2시간 2 O+6NO 2

S+2HNO 3( 라브 .) → 시간 2 그래서 4 + 2 아니요

• 집중된질산은 황화수소를 산화시킨다. 가열하면 산화가 더 깊어집니다.

2HNO 3( 농도 .) +H 2 S → S↓ + 2NO 2 + 2시간 2 영형

시간 2 S+8HNO 3(계속) → 시간 2 그래서 4 + 8 아니요 2 + 4 시간 2 영형

• 집중된질산은 황화물을 황산염으로 산화시킵니다.

CuS + 8HNO 3(계속) → CuSO 4 + 4 시간 2 영형 + 8 아니요 2

• 질산은 너무 강해서 산화될 수도 있습니다. 단 하나 - 요오드. 희석은 더 깊게 회복됩니다: 최대 +2, 농축 최대 +4. 그러나 요오드는 가장 높은 산화 상태인 +7(너무 가파른)이 아니라 +5로 산화되어 요오드산 HIO 3을 형성합니다.

10 HNO 3(계속) +나 2 (t)→ 2HIO 3 +10아니오 2 + 4시간 2 영형

10 HNO 3(분할) + 3 나 2 (티)→ 6HIO 3 + 10NO + 2H 2 영형

• 집중된질산은 염화물 및 불화물과 반응합니다. 불화물과 염화물을 사용하면 할로겐화수소가 치환되고 질산염이 형성되면서 정상적인 이온 교환 반응이 일어난다는 점을 이해하십시오.

NaCl(고체) + HNO 3 (농축) → HCl + NaNO 3

NaF(고체) + HNO 3 (농도) → HF + NaNO 3

• 그러나 브롬화물과 요오드화물(및 브롬화수소와 요오드화수소)의 경우 ORR이 발생합니다. 두 경우 모두 유리 할로겐이 형성되고 질소는 NO 2로 감소됩니다.

8HNO 3( 농도 .) + 6KBr ( TV .) → 3BR 2 + 4시간 2 O+6KNO 3 +2NO 2

4HNO 3( 농도 .) + 2NaI ( TV .) → 2NaNO 3 +2NO 2 + 2시간 2 오+나 2 ↓

7HNO 3( 농도 .) + NaI → NaNO 3 +6아니오 2 + 3시간 2 오+하이오 3

요오드와 브롬화수소와 상호작용할 때도 같은 일이 일어납니다.

2HNO 3( 농도 .) + 2HBr → 브롬 2 +2NO 2 + 2시간 2 영형

6HNO 3( 농도 .) + 안녕 → 안녕 3 +6아니오 2 + 3시간 2 영형

금, 마그네슘, 구리 및 은과의 반응

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질산, HNO 3는 질소 산화물을 물에 용해시켜 얻습니다.

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

질산의 물리적 성질. 몰 중량 - 63.016; 독특한 냄새가 나는 무색 액체; 끓는점 86°, 녹는점 -47°; 15°에서 비중 1.52; 증류 중에 2HNO 3 = N 2 O 3 + 2O + H 2 O의 분해로 인해 질산은 즉시 산소, N 2 O 3 및 물을 방출합니다. 후자를 흡수하면 끓는점이 증가합니다. 수용액에서 강질산은 일반적으로 질소산화물을 함유하고 있으며, 완전 무수질산을 제조하는 것은 상당한 어려움을 안겨준다. 질산 수용액은 최소 탄성을 갖기 때문에 증류를 통해 무수 질산을 얻는 것은 불가능합니다. 즉, 산에 물을 첨가하고 그 반대로 하면 증기 탄성이 낮아지고 끓는점이 높아집니다. 따라서 약산(D)을 증류한 결과< 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.

냉동으로는 99.5% 이상의 산을 얻는 것이 불가능하다고 합니다. 초석에서 질산을 추출하는 새로운 방법(Valentiner)을 사용하면 산이 매우 순수하지만 이전 방법에서는 주로 염화물 화합물과 N 2 O 4 증기에서 정제해야 했습니다. 가장 강한 산은 D0 = 1.559, D15 = 1.53, 100% HNO3 - D4 = 1.5421입니다(Veley 및 Manley). 100% 산성 연기는 공기 중에서 발생하며 황산만큼 강력하게 수증기를 끌어당깁니다. D = 1.526인 산은 눈과 섞이면 뜨거워집니다.

형성열(1/2 H 2 + 1/2 N 2 + 3/2 O 2):

HNO 3 – 증기 + 34400 cal
HNO 3 – 액체 + 41600 cal
HNO 3 – 결정 + 42200 cal
HNO 3 – 용액 + 48800 cal

희석열: HNO 3 에 H 2 O 1개를 첨가하면 - 3.30 Cal, 2개 - 4.9 Cal, 5개 - 6.7 Cal, 10 - 7.3 Cal. 추가로 추가하면 열 효과가 미미하게 증가합니다. 결정 형태로 다음을 얻습니다.
1) HNO 3 ·H 2 O = H 3 NO 4 - AgNO 3를 연상시키는 마름모꼴 정제, 녹는점 = -34°(-38°);
2) HNO 3 (H 2 O) 2 = H 5 NO 5 - 침상, 녹는점 -18°.2, -15° 이하에서만 안정함. 수성 산의 결정화 온도 곡선에는 3개의 공융(-66°.3, -44°.2, -43°)과 2개의 최대값(HNO 3 H 2 O -38°, HNO 3 3H 2 O -18)이 있습니다. °,2). 용해열과 전기 전도도 곡선의 변화에 ​​대해서도 동일한 특별한 점이 관찰되지만 후자에서는 2HNO 3 ·H 2 O 및 HNO 3 ·10H 2 O도 나타납니다. 인산과 유사하게 질산 용액에는 HNO 3 수화물이 있지만 매우 쉽게 분해되어 HNO 3의 높은 반응성을 결정합니다. 용액에 NO 2를 포함하는 질산을 질산이라고 합니다. 흡연(빨간색).

화학적 특성. 순수한 HNO 3는 2HNO 3 = 2NO 2 + O 2 + H 2 O 반응과 생성된 무수 아질산염의 흡수로 인해 쉽게 분해되고 황색으로 변합니다. 일반적으로 순수한 질산과 강질산은 저온에서만 안정합니다. 질산의 주요 특징은 산소 방출로 인한 매우 강한 산화 능력입니다. 따라서 금속 (염소가 없을 때 HNO 3가 영향을 미치지 않는 Pt, Rh, Ir, Au 제외)에 작용할 때 질산은 금속을 산화시켜 질소 산화물을 방출하고 산화도가 낮을수록 더 활력이 넘칩니다. 산화된 금속은 환원제로 사용되었습니다. 예를 들어, 납(Pb)과 주석(Sn)은 N 2 O 4를 제공합니다. 은 - 주로 N 2 O 3. 특히 갓 침전된 유황은 쉽게 산화되며, 인은 약간 가열되면 아인산으로 변합니다. 시뻘건 석탄은 질산 증기와 질산 자체에서 발화합니다. 발연적산의 산화효과는 무색산의 산화효과보다 크다. 그것에 담근 철분은 수동적이 되어 더 이상 산의 작용에 민감하지 않습니다. 무수 질산 또는 황산과 혼합하면 고리형 유기 화합물(벤젠, 나프탈렌 등)에 매우 강한 효과가 있어 니트로 화합물 C 6 H 5 H + HNO 3 = C 6 H 5 NO 2 + HOH가 생성됩니다. 파라핀의 질화는 천천히 발생하며 약산(높은 이온화 정도)의 작용 하에서만 발생합니다. 하이드록실(글리세린, 섬유질)을 함유한 물질과 질산의 상호 작용의 결과로 니트로글리세린, 니트로셀룰로오스 등으로 잘못 불리는 질산염 에스테르가 생성됩니다. 모든 실험과 질산을 사용한 모든 작업은 통풍이 잘되는 방에서 수행되어야 합니다. 그러나 특별 초안을 따르는 것이 바람직합니다.

분석 . 미량의 질산을 검출하려면 다음을 사용하십시오. 1) 디페닐렌다닐 디히드로트리아졸(상업적으로 "니트론"으로 알려짐); 5 % 아세트산에 10 % 니트론 용액 5 또는 6 방울을 시험 용액의 5-6 cm 3에 붓고 미리 H 2 SO 4 한 방울을 첨가합니다. 눈에 띄는 양의 NO가 존재하는 경우 3개 이온에서는 다량의 침전물이 방출되고 매우 약한 용액에서는 바늘 모양의 결정이 방출됩니다. 0°에서는 1/80000 HNO3도 니트론으로 열릴 수 있습니다. 2) 용액 중의 브루신; 시험 용액과 혼합하고 시험관 벽을 따라 조심스럽게 강황산에 붓습니다. 시험관의 두 층이 접촉하는 지점에서 분홍빛이 도는 붉은 색이 형성되어 아래에서 녹색으로 변합니다.

발연 질산 용액에서 HNO 3의 양을 결정하려면 KMnO 4 용액으로 N 2 O 4를 적정하고 비중계로 액체 밀도를 결정한 다음 N 2 O 4 함량에 대한 보정값을 빼야 합니다. 특별 테이블에 표시되어 있습니다.

질산을 생산하는 산업적 방법. 질산이 추출됩니다. 도착. 질산염에서. 이전에는 소위 초석 채굴이 수행되었습니다. 분뇨, 소변 등을 혼합한 결과로 "salpetriere" 또는 "burts"가 발생합니다. 오래된 석고의 경우 부분적으로 박테리아의 작용으로 인해 질산에서 요소 및 기타 유기 질소 화합물 (아민, 아미드 등)의 산화가 발생하여 석회석과 함께 질산 칼슘을 형성합니다. 더운 날, 특히 남부(예: 인도 및 중앙아시아)에서는 과정이 매우 빠르게 진행됩니다.

1813년 프랑스에서는 최대 2,000,000kg의 초석이 초석에서 추출되었습니다. 25마리의 대형 동물이 연간 약 500kg의 질산염을 생산합니다. 동물의 유해가 풍부한 기본 토양이 있는 일부 지역(예: 쿠반 지역)에서는 토양에 눈에 띄는 양의 질산염이 있을 수 있지만 추출에는 충분하지 않을 수 있습니다. 눈에 띄는 양이 갠지스 계곡에서 채굴되었으며 중앙아시아 요새에서 발견됩니다. 이곳에서 초석을 함유한 토양 매장량은 각 장소에서 17톤에 달하지만 초석 함량은 3%를 넘지 않습니다. 질산나트륨 매장지(칠레)가 1809년에 발견되었습니다. 주로 동경 68° 15"~70° 18", 남위 19° 17"~21° 18" 사이의 타라파카 주에서 발견되지만 더 남쪽과 북쪽(페루와 볼리비아)에서도 발견됩니다. 그들의 매장지는 해발 1100m 고도에 위치해 있습니다. 광상은 길이가 약 200km, 너비가 3~5km이며 평균 NaNO3 함량이 30~40%입니다. 연간 소비량이 50,000톤 증가한다고 가정하면 매장량은 300년 동안 지속될 수 있습니다. 1913년에는 2,738,000톤이 수출되었지만 유럽으로의 수출은 다소 감소했지만, 전쟁 중 수출이 눈에 띄게 감소한 후 1920년부터 다시 약간 증가했습니다. 일반적으로 맨 위에는 "불"(두께 50cm - 2m)이 있습니다. ), 석영 및 장석 모래로 구성되어 있으며 그 아래에 질산염이 포함된 "kalihe"(25cm - 1.5m)(퇴적물은 사막의 소금 및 붕소 칼슘 염 퇴적물 옆에 위치함). "kalihe"의 구성은 매우 다양합니다. NaNO 3 - 30% ~ 70%, 요오드화물 및 요오드염 - 최대 2%, 염화나트륨 - 16-30%, 황산염 - 최대 10%, 마그네슘염 - 최대 6%를 포함합니다. 최고의 품종은 평균적으로 NaNO 3 - 50%, NaCl - 26%, Na 2 SO 4 - 6%, MgSO 4 - 3%를 포함합니다. NaNO 3 는 고온에서 용해되므로 NaCl보다 훨씬 더 많은 NaNO 3가 용액에 유입되며, NaCl의 용해도는 온도에 따라 약간 증가합니다. 3톤의 "칼리헤"에서 평균 95~96% 초석 함량의 원시 초석 1톤을 얻습니다. 일반적으로 모염수 1리터에서 2.5-5g의 요오드를 얻습니다. 일반적으로 생초석은 산화철의 혼합물로 인해 갈색을 띤다. 최대 1-2%의 염화물 화합물을 함유한 질산염은 비료로 사용됩니다. 순수한 질산나트륨은 염화물 화합물을 포함하지 않는 경우 무색, 투명, 비흡습성입니다. 큐브로 결정화됩니다. 질산을 얻기 위해 질산염을 황산으로 가열합니다. 상호 작용은 다음 방정식을 따릅니다.

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

즉. 산성 황산염이 얻어집니다. 후자는 머플에서 NaHSO4와 NaCl의 혼합물을 하소하여 염화수소를 생산하는 데 사용할 수 있습니다. 방정식에 따른 상호 작용의 경우

이론적으로는 NaNO 3 100kg당 H 2 SO 4 57.6kg 또는 산 66° Bẻ 60kg을 섭취해야 합니다. 실제로 분해를 방지하기 위해 황산을 20~30% 더 많이 사용합니다. 상호 작용은 길이 1.5m, 직경 60cm, 벽 두께 4cm의 수평 원통형 철 레토르트에서 수행됩니다. 각 실린더에는 75kg의 초석과 75kg의 H 2 SO 4가 들어 있습니다. 증기는 먼저 세라믹 냉장고를 통과하고 물로 냉각되거나 기울어진 세라믹 파이프를 통과한 다음 흡수체("실린더" 또는 "봉봉", 즉 대형 세라믹 "Wulf 플라스크")를 통과합니다. 황산 60° Вẻ(71%)을 취하고 초석 100kg당 물 4kg을 첫 번째 흡수체에 넣으면 40-42° Вẻ(38-41%)의 산이 얻어집니다. 66° Вẻ(99.6%)의 산과 건조 초석을 사용하면 50° Вẻ(53%)를 얻습니다. 36° Вẻ에서 산을 얻으려면 첫 번째 흡수 장치에 8리터의 물을 넣고, 두 번째 흡수 장치에 4리터, 다음 흡수 장치에 2.6리터를 넣습니다. 발연 질산은 계산에 필요한 황산 양의 절반과 질산염을 반응시켜 얻습니다. 따라서 이 방법은 공정 초기에 염화니트로실 및 기타 물질로 오염된 산을 생성하고, 증류가 끝나면 질소산화물으로 오염된 산을 생성합니다. 질소산화물은 산에 공기를 불어넣어 제거하는 것이 상대적으로 쉽습니다. 사방이 불로 둘러싸여 있고 눈에 띄는 양의 산이 포함된 중황산염을 방출하기 위해 바닥에 파이프가 있는 레토르트에서 작업하는 것이 훨씬 더 수익성이 높습니다. 사실 주철은 충분히 가열되면 산에 의해 부식되지 않으며 모든 면이 불에 닿아도 산 방울이 침전되지 않습니다. 이러한 레토르트(폭 1.20, 직경 1.50m, 벽 두께 4-5cm)에서 초석은 H 2 SO 4 660kg 당 450kg 및 심지어 610kg의 초석 비율로 황산으로 처리됩니다. 66 ° Bẻ). 이제 실린더 대신 수직 파이프가 자주 사용되거나 이러한 파이프가 실린더에 연결됩니다.

Guttmann 방법에 따르면 여러 부분으로 구성된 주철 레토르트에서 분해가 수행됩니다(그림 1 및 1a). 부품은 일반적으로 철분 100 부, 유황 5 부, 염화 암모늄 5 부와 가능한 한 적은 물로 구성된 퍼티로 연결됩니다. 레토르트와 가능한 경우 적재 해치는 벽돌로 둘러싸여 있으며 용광로 가스로 가열됩니다.

초석 800kg과 95% 황산 800kg을 레토르트에 넣고 12시간 동안 증류한다. 이것은 약 100kg의 석탄을 소비합니다. 원통형 레토르트도 사용됩니다. 방출된 증기는 먼저 실린더 8로 들어갑니다. 그런 다음 물이 담긴 나무 상자에 놓인 일련의 세라믹 파이프 12와 13을 통과시킵니다. 여기서 증기는 질산으로 응축되어 Gutman 설비의 파이프 22와 23을 통해 수집기 28로 흐르고 실린더 8의 응축수도 여기에 들어갑니다. 파이프 12에서 응축되지 않은 질산은 15a를 통해 볼이 채워진 타워로 들어가고 물로 세척됩니다. 탑에 흡수되지 않은 마지막 산의 흔적은 실린더(43a)에 포집됩니다. 가스는 파이프 46a를 통해 굴뚝으로 운반됩니다. 증류 중에 형성된 질소 산화물을 산화시키기 위해 레토르트 출구에서 공기가 가스에 직접 혼합됩니다. 강황산과 건조 초석을 생산에 사용하면 무색의 96-97% 질산이 얻어집니다. 거의 모든 산이 파이프에서 응축되고, 단지 작은 부분(5%)만이 탑에 흡수되어 70%의 질산이 생성되며, 이는 다음 질산염 로드에 추가됩니다. 저것. 그 결과 이론치의 98-99% 수율을 갖는 염소가 없는 무색 질산이 생성됩니다. Gutman의 방법은 단순성과 저렴한 설치 비용으로 인해 널리 보급되었습니다.

96-100% 산은 1000kg NaNO 3, 1000kg H2SO 4 (66 ° Вẻ) 혼합물의 주철 레토르트에서 감압(30mm) 하에 증류하여 발렌타인 방법에 따라 초석에서 추출됩니다. 100kg의 물을 추가하는 약산성 HNO3입니다. 증류는 10시간 동안 지속되며, 합금에 항상 공기가 유입됩니다. 상호 작용은 120°에서 발생하지만 프로세스가 끝나면 "위기"(1시간)가 발생하고 강한 충격이 발생할 수 있습니다(120-130°). 그 후, 가열은 175-210°로 이루어집니다. 적절한 농축과 산 포집이 매우 중요합니다. 레토르트의 증기는 실린더로 들어가고, 2개의 고도로 냉각된 코일로 들어가고, 그로부터 수집물(예: Wulf 플라스크)로 들어가고, 다시 코일이 이어지며 그 뒤에 펌프가 배치되는 15개의 실린더가 이어집니다. 6~8시간 내에 1000kg의 NaNO 3 로드로 600kg의 HNO 3(48° Вẻ)가 얻어집니다. 즉, 표준의 80%입니다.

노르웨이 질산염(칼슘)으로부터 질산을 얻으려면 후자를 용해시키고 강질산을 첨가한 다음 황산을 혼합한 후 석고에서 질산을 여과합니다.

보관 및 포장. 질산을 저장하려면 유리, 내화 점토, 순수 알루미늄(불순물 5% 이하) 접시는 물론 내산성 특수 크루프강(V2A)으로 만든 접시를 사용할 수 있습니다. 나무, 톱밥, 식물성 기름에 적신 헝겊 등에 강질산이 작용하면 화재 발생 및 화재가 발생할 수 있으므로(예: 운송 중에 병이 터지는 경우) 질산은 특수 열차로만 운송할 수 있습니다. 테레빈유는 특히 강한 질산과 접촉할 때 가열되면 쉽게 발화됩니다.

적용: 1) 비료용 염 형태, 2) 폭발물 생산용, 3) 염료용 반제품 생산용, 부분적으로 염료 자체. Ch. 도착. 질산 또는 질산염(나트륨, 암모늄, 칼슘 및 칼륨)의 염은 비료로 사용됩니다. 1914년에 칠레 질산염 형태의 세계 질소 소비량은 368,000톤에 달했고 공기 중 질산 형태의 질소 소비량은 10,000톤에 달했으며, 1925년에는 공기 중 질산 소비량이 360,000톤에 달했습니다. 질산의 소비는 폭발물에 대한 지출로 인해 크게 증가하는데, 그 중 주요한 것은 다양한 유형의 니트로글리세린과 니트로셀룰로오스, 니트로 화합물(니트로톨루엔, TNT, 멜리나이트 등) 및 퓨즈용 물질(수은 전격화)입니다. 평시에는 니트로벤젠에서 환원을 통해 얻은 아닐린을 통해 염료로 전환하기 위해 니트로벤젠과 같은 니트로 화합물을 생산하는 데 질산이 사용됩니다. 금속을 에칭하는 데 상당한 양의 질산이 사용됩니다. 질산 염(초석)은 폭발물(질산암모늄 - 무연, 질산칼륨 - 흑색 화약) 및 불꽃놀이(질산바륨 - 녹색)에 사용됩니다.

질산 표준. 질산 표준은 지금까지 소련에만 존재하며 STO의 표준화 위원회에서 40° Bẻ의 산에 대한 전체 연합 필수 표준(OST-47)으로 승인되었습니다. 표준은 질산의 HNO 3 함량을 61.20%로 설정하고 불순물 함량을 제한합니다. 황산은 0.5% 이하, 염소는 0.8% 이하, 철은 0.01% 이하, 고체 잔류물은 0.9% 이하입니다. 표준 질산에는 침전물이 포함되어서는 안 됩니다. 이 표준은 판매자와 구매자 간의 관계를 규제하고 샘플링 및 분석 방법을 엄격하게 규제합니다. 질산의 함량은 산에 NaOH를 첨가하고 산으로 역적정하여 결정됩니다. 황산의 함량은 BaCl 2의 침전에 의해 BaSO 4 형태로 결정됩니다. 염소 함량은 질산은을 사용하여 알칼리성 매질에서 적정하여 결정됩니다. 철 함량은 암모니아로 세스퀴산화물을 침전시키고, 산화철을 제1철로 환원시킨 후 KMnO4를 적정함으로써 결정됩니다. 질산의 포장은 아직 표준이 아닙니다. 이 규격은 용기의 크기, 무게, 품질을 건드리지 않고 유리용기에 질산을 포장하는 것을 규정하고 포장 및 밀봉방법을 규정하고 있다.

질산의 제조.

I. 공중에서. 볼타 아크의 작용으로 공기에서 질산을 합성하는 것은 대기 방전의 영향으로 자연에서 발생하는 과정을 어느 정도 반복합니다. 캐번디시는 1781년 공기 중에서 H2가 연소하는 동안 질소 산화물이 형성되는 것을 처음으로 관찰한 다음(1784년) 전기 스파크가 공기를 통과할 때 관찰했습니다. 1903년 Mutman과 Gopher는 N 2 + O 2 2NO 평형을 연구하기 위해 처음으로 시도했습니다. 공기를 통해 2000~4000V의 교류 전류를 통과시킴으로써 실질적으로 3.6~6.7vol.%의 NO 농도를 달성했습니다. HNO 3 1kg당 에너지 소비량은 7.71kWh에 달했습니다. 그런 다음 Nernst는 이리듐 튜브를 통해 공기를 통과시켜 이 평형을 연구했습니다. 또한 Nernst, Jellinek 및 기타 연구자들도 같은 방향으로 연구했습니다. 공기와 질소산화물 사이의 평형을 연구하는 실험 결과를 외삽함으로써 Nernst는 방정식의 오른쪽에서 7부피%의 NO 함량이 3750°의 온도(즉, 대략 온도에서 설정됨)를 계산할 수 있었습니다. 볼타 아크의).

대기 질소를 고정하기 위해 볼타 아크를 기술적으로 사용한다는 아이디어의 우선 순위는 1859년 영국의 공기에서 질산을 생산하는 방법에 대한 특허를 취득한 프랑스 연구원 Lefebre의 것입니다. 그러나 당시 Lefebre의 방법은 실용화되기에는 전기 에너지 비용이 너무 높았습니다. 또한 McDougal의 특허(An. P. 4633, 1899)와 미국 회사 Atmospheric Products С°(자본금 100만 달러)가 1902년에 활용한 기술 규모로 구현된 Bradley 및 Lovejoy 방법을 언급할 가치가 있습니다. 나이아가라 폭포의 에너지를 이용하여 Kowalski와 그의 협력자 I. Moscytski가 대기 질소를 고정하기 위해 50,000V의 전압을 사용하려는 시도도 이때까지 거슬러 올라갑니다. 그러나 공기로부터 질산을 제조하는 첫 번째 중요한 성공은 노르웨이 엔지니어 Birkeland의 역사적 아이디어에 의해 이루어졌습니다. Birkeland는 후자의 능력을 강한 전자기장에서 늘려 질소 산화물의 수율을 높이는 능력을 사용했습니다. 공기를 통해 볼타 아크를 통과시킬 때. Birkeland는 이 아이디어를 다른 노르웨이 엔지니어인 Eide와 결합하여 공기에서 질산을 얻을 수 있는 비용 효율적인 기회를 즉시 제공하는 기술 설치로 전환했습니다. 전류 방향의 지속적인 변화와 전자석의 작용으로 인해 발생하는 볼타 아크 화염은 서로 다른 방향으로 부풀어오르는 일정한 경향을 가지며, 이는 항상 빠르게 움직이는 볼타 아크를 형성하게 됩니다. 최대 100m/초의 속도로 직경 2m 이상의 넓은 전기 태양이 조용히 타오르는 듯한 느낌을 줍니다. 이 태양을 통해 강한 공기 흐름이 지속적으로 불어오고 태양 자체는 구리로 묶인 내화 점토로 만든 특수 용광로에 둘러싸여 있습니다(그림 1, 2 및 3).

볼타 아크의 중공 전극은 ​​물에 의해 내부에서 냉각됩니다. 채널을 통한 공기 ㅏ용광로의 내화 점토 라이닝에서 아크 챔버 b로 들어갑니다. 산화된 가스를 통해 노에서 나가고 그 열을 사용하여 냉각되어 증발 장치의 보일러를 가열합니다. 그 후, NO는 산화탑으로 유입되어 대기 산소에 의해 NO2로 산화됩니다. 후자의 과정은 발열 과정(2NO + O 2 = 2NO 2 + 27Cal)이므로 열 흡수를 증가시키는 조건은 이 방향의 반응을 크게 선호합니다. 다음으로, 이산화질소는 다음 방정식에 따라 물에 흡수됩니다.

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

또 다른 방법에서는 반응하는 가스 혼합물을 흡수하기 전에 150° 미만으로 냉각합니다. 이 온도에서는 역분해(NO 2 = NO + O)가 거의 일어나지 않습니다. 특정 조건에서 평형 NO + NO 2 N 2 O 3는 최대 N 2 O 3 함량으로 설정되며 완전히 산화되기 전에도 뜨거운 아질산염 가스를 200 ~ 200 ℃의 온도에서 부어 얻을 수 있습니다. 300 °, 질산염 대신에 소다 또는 가성 소다 용액 - 순수 아질산염 (Norsk Hydro 방법). 용광로에서 나올 때, 불어낸 공기에는 1~2%의 질소 산화물이 포함되어 있으며, 이는 물의 역류에 의해 즉시 포집된 다음 석회로 중화되어 소위 칼슘을 형성합니다. "노르웨이어" 질산염. 공정 자체를 수행하려면 N 2 + O 2 2NO - 43.2 Cal이 상대적으로 적은 양의 전기 에너지를 소비해야 합니다. 즉, NO 형태의 결합 질소 1톤을 얻기 위해서는 연간 0.205kW만 필요합니다. 한편, 최고의 최신 설비에서는 36배 더 많은 비용, 즉 1톤당 약 7.3~8kW-년을 소비해야 합니다. 즉, 소비된 에너지의 97% 이상이 NO 형성에 사용되지 않고 이 과정에 유리한 조건을 만드는 데 사용됩니다. 가능한 가장 높은 NO 함량 쪽으로 평형을 이동하려면 2300~3300°의 온도를 사용해야 합니다(2300°의 NO 함량은 2vol%이고 3300°의 경우 - 6vol%). 그러나 이러한 온도에서는 2NO가 빠르게 분해됩니다. 다시 N 2 + O 2 로 돌아갑니다. 따라서 NO의 분해가 더 느리게 진행될 때 짧은 순간에 뜨거운 영역에서 더 차가운 영역으로 가스를 제거하고 이를 최소 1500°로 냉각해야 합니다. 평형 N 2 + O 2 2NO는 1500°에서 30시간, 2100°에서 5초, 2500°에서 0.01초에 설정됩니다. 2900°에서 - 0.000035초.

BASF 직원인 Schonherr의 방법은 Birkeland 및 Eide의 방법과 크게 개선되었습니다. 이 방법에서는 맥동하고 여전히 간헐적으로 발생하는 볼타 아크의 불꽃 대신 변하기 쉬운현재, 차분한 높은 불꽃을 가해 보세요 영구적인현재의 이렇게 하면 공정에 매우 해로운 화염이 자주 분출되는 것을 방지할 수 있습니다. 그러나 교류 볼타 아크를 사용하여 동일한 결과를 얻을 수 있지만 직선이 아닌 볼타 아크 불꽃을 따라 소용돌이 바람의 형태로 불타는 불꽃을 통해 공기를 불어 넣음으로써 얻을 수 있습니다. 그러므로 오븐은 또한 아크 불꽃이 벽에 닿지 않도록 다소 좁은 금속 튜브 형태로 설계되었습니다. Schongherr 퍼니스의 설계 다이어그램은 그림 1에 나와 있습니다. 4.

Arc 방법의 추가 개선은 Pauling 방법에 의해 이루어졌습니다(그림 5). 연소로의 전극은 혼 방전기처럼 보입니다. 그들 사이에 형성된 1m 길이의 볼타 아크는 강한 공기 흐름에 의해 위쪽으로 날아갑니다. 깨진 화염의 가장 좁은 곳에서 추가 전극을 사용하여 아크를 다시 점화시킵니다.

공기 중 질소 산화를 위한 약간 다른 디자인의 용광로가 I. Moscicki에 의해 특허를 받았습니다. 두 전극 중 하나(그림 6)는 평평한 디스크 모양을 가지며 다른 전극과 매우 가까운 거리에 위치합니다. 상부 전극은 관형이며 중성 가스가 빠른 흐름으로 전극을 통과한 다음 원뿔 모양으로 퍼집니다.

볼타 아크의 불꽃은 전자기장의 영향으로 원형 운동으로 설정되며 빠른 원뿔 모양의 가스 흐름은 단락을 방지합니다. 전체 설치에 대한 자세한 설명은 W. Waeser, Luftstickstoff-Industrie, p. 475, 1922. 스위스의 한 공장(Chippis, Wallis)은 I. Mościcki의 방법에 따라 가동되어 40%의 HNO3를 생산합니다. 폴란드의 또 다른 공장(Bory-Jaworzno)은 7000kW용으로 설계되었으며 농축된 HNO3 및 (NH4)2SO4를 생산해야 합니다. 질소산화물 수율을 향상시키고 볼타 아크의 화염을 증가시키기 위해 최근에는 공기가 아닌 산소가 더 풍부한 질소와 산소의 1:1 비율 혼합물이 출발 생성물로 사용되었습니다. Laroche-de-Rham에 있는 프랑스 공장에서는 이러한 혼합물을 사용하여 매우 좋은 결과를 얻었습니다.

생성된 사산화질소 N 2 O 4 를 -90°로 냉각하여 액체로 응축시키는 것이 좋습니다. 사전 건조된 가스(산소 및 공기)에서 얻은 이러한 액체 사산화질소는 금속과 반응하지 않으므로 강철 폭탄으로 운반할 수 있으며 강한 농도의 HNO 3 생산에 사용할 수 있습니다. 이 경우 한때 톨루엔이 냉각수로 사용되었지만 불가피한 질소산화물 누출과 톨루엔에 대한 영향으로 인해 Tschernewitz(독일) 및 Bodio(스위스) 공장에서 끔찍한 폭발이 발생하여 두 기업이 모두 파괴되었습니다. 가스 혼합물에서 N 2 O 4 추출. 또한 가열 시 흡수된 N 2 O 4 를 다시 방출하는 실리카겔에 의한 N 2 O 4 흡수를 통해 달성됩니다.

II. 암모니아의 접촉산화. 이미 언급한 바와 같이, 공기로부터 직접 합성 질산을 생산하는 기술된 모든 방법은 값싼 수력 에너지를 이용할 수 있는 경우에만 수익성이 있습니다. 상대적으로 값싼 합성 질산을 생산하는 방법이 발견되지 않았다면 결합 질소(질소 참조) 문제는 최종적으로 해결되었다고 볼 수 없습니다. 비료가 질산 염인 경우 식물에 의한 비료의 결합 질소 흡수가 특히 촉진됩니다. 토양에 도입된 암모늄 화합물은 먼저 토양 자체에서 질산화를 거쳐야 합니다(질소 비료 참조). 또한 질산은 황산과 함께 화학 산업과 군사 분야의 수많은 분야의 기초가 됩니다. 폭발물 및 무연 화약(TNT, 니트로글리세린, 다이너마이트, 피크르산 등), 아닐린 염료, 셀룰로이드 및 레이온, 많은 의약품 등의 생산은 질산 없이는 불가능합니다. 그렇기 때문에 제2차 세계대전 중 봉쇄로 인해 칠레의 질산염 공급원이 단절되고 동시에 값싼 수력 발전 에너지도 갖지 못했던 독일에서는 접촉법을 이용해 합성 질산의 생산이 대규모로 발전했습니다. , 석탄 또는 합성 암모니아에서 시작하여 촉매의 참여로 대기 산소로 산화됩니다. 1918년 전쟁 동안 독일은 하루 최대 1000톤의 질산과 질산암모늄을 생산했습니다.

1788년에 케임브리지의 Milner는 가열 시 과산화망간의 작용으로 NH3가 산화질소로 산화될 가능성을 확립했습니다. 1839년에 Kuhlman은 암모니아가 공기와 산화하는 동안 백금의 접촉 작용을 확립했습니다. 기술적으로 암모니아를 질산으로 산화시키는 방법은 Ostwald와 Brouwer에 의해 개발되어 1902년에 특허를 받았습니다. (독일에서는 Ostwald의 적용이 프랑스 화학자 Kuhlmann의 우선권 인정으로 인해 거부되었다는 점이 흥미롭습니다.) 미세하게 분리된 백금과 혼합가스의 느린 흐름에 따라 4NH 3 + ZO 2 = 2N 2 + 6H 2 O 반응에 따라 산화가 진행됩니다. 따라서 공정은 다음과 같아야 합니다. 접촉 "변환기"를 통해 불어지는 가스 제트의 상당한 이동 속도와 가스 혼합물의 구성 측면에서 엄격하게 규제됩니다. "변환기"에 들어가는 가스 혼합물은 다음과 같습니다. 백금 촉매를 "독성"시킬 수 있는 먼지와 불순물을 사전에 철저히 청소했습니다.

백금의 존재로 인해 NH 3 분자가 분해되고 수소와 백금의 불안정한 중간 화합물이 형성되는 것으로 추정할 수 있습니다. 이 경우, 상태의 질소는 대기 산소에 의해 산화되기 쉽습니다. NH 3 의 HNO 3 로의 산화는 다음 반응을 통해 진행됩니다.

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

냉각된 무색 NO 가스는 공기의 새로운 부분과 혼합되어 자발적으로 추가로 산화되어 NO 2 또는 N 2 O 4를 형성합니다.

2NO + O 2 = 2NO 2 또는 N 2 O 4;

과도한 공기 또는 산소가 존재할 때 생성된 가스가 물에 용해되면 다음 반응에 따라 추가 산화가 발생합니다.

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

그 후에 약 40~50%의 강도를 갖는 HNO3가 얻어집니다. 생성된 HNO3를 강황산으로 증류하면 최종적으로 농축된 합성 질산을 얻을 수 있습니다. Ostwald에 따르면 촉매는 부분적으로 또는 완전히 해면질 백금 또는 백금 블랙으로 코팅된 금속 백금으로 구성되어야 합니다.

반응은 적열이 거의 시작되지 않고 1시간 NH3당 10부 이상의 공기로 구성된 상당한 유속의 가스 혼합물에서 일어나야 합니다. 가스 혼합물의 느린 흐름은 NH 3의 원소로의 완전한 분해를 촉진합니다. 2cm의 백금 접촉 그리드를 사용하면 가스 유속은 다음과 같아야 합니다. 1-5m/초, 즉 가스와 백금의 접촉 시간이 1/100초를 초과해서는 안 됩니다. 최적의 온도는 약 300°입니다. 가스 혼합물은 예열됩니다. 가스 혼합물의 유량이 높을수록 NO 출력이 커집니다. 약 6.3% NH3를 함유한 암모니아와 공기의 혼합물을 사용하여 매우 두꺼운 백금 메쉬(촉매)를 사용하여 Neumann과 Rose는 450°의 온도(3.35cm2의 백금 접촉 표면)에서 다음과 같은 결과를 얻었습니다.

더 높거나 낮은 NH 3 함량은 화학 공정의 방향에 매우 중요하며, 이는 다음 방정식에 따라 진행될 수 있습니다: 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O(14.38% NH 3 함량) , 또는 방정식에 따라: 4NH 3 + 7O 2 = 4NO 2 + 6H 2 O(10.74% NH 3의 혼합물 함량). 플래티넘보다 성공률이 낮을 수도 있습니다. 다른 촉매(산화철, 비스무트, 세륨, 토륨, 크롬, 바나듐, 구리)도 사용되었습니다. 이들 중, 700-800°의 온도에서 80-85% NH3의 수율을 갖는 산화철의 사용만이 주목할 만합니다.

온도는 NH3가 HNO3로 전환되는 산화 과정에서 중요한 역할을 합니다. 암모니아 산화 반응 자체는 발열 반응입니다: 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O + 215.6 Cal. 처음에는 접촉 장치를 가열해야 하며 그 다음에는 자체 열로 인해 반응이 발생합니다. 다양한 시스템의 암모니아 산화를 위한 "변환기"의 기술 설계는 주어진 수치에서 명확합니다(그림 7-8).

현재 승인된 Franck-Caro 방법에 따른 HNO3 생산 계획은 그림 1에 나와 있습니다. 9.

그림에서. 도 10은 Hechst의 Meister Lucius 및 Brünning 공장에서 NH3의 산화에 대한 다이어그램을 보여줍니다.

현대 시설에서는 NH 3에서 NO로의 산화가 최대 90%의 수율로 수행되고, 이어서 생성된 질소 산화물의 산화 및 물에 의한 흡수가 최대 95%의 수율로 수행됩니다. 따라서, 전체 공정은 85-90%의 결합 질소 수율을 제공합니다. 질산염에서 HNO3를 얻는 데 드는 비용은 현재(100% HNO3 기준) 1톤당 $103이며, 아크 공정을 사용하면 1톤당 $97.30인 반면, NH-3의 산화로 얻은 HNO3 1톤은 단 $85.80에 불과합니다. 이 숫자가 될 수 있다는 것은 말할 필요도 없습니다. 대략적인 수치일 뿐이며 기업 규모, 전기 에너지 및 원자재 비용에 따라 크게 좌우되지만 여전히 HNO3를 생산하는 접촉 방법이 다른 방법에 비해 가까운 미래에 지배적인 위치를 차지할 것임을 보여줍니다.

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