奥斯特瓦尔德法

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奥斯特瓦尔德法是由威廉·奥斯特瓦尔德发现的一个用于生产硝酸化学方法,并在1902年获得专利。这个过程是现代化学工业的重要支柱之一。从历史角度和实践角度来说,它和哈柏法有着很近的联系,后者提供此反应所需要的原料——

简介[编辑]

氨通过两个步骤转化为硝酸。首先是在有催化剂的情况下与氧气一起加热(某种意义上是燃烧),催化剂一般是混有10%。反应生成一氧化氮。这个步骤强烈放热,(ΔH = -908 kJ),所以一旦引发就可以作为一个热源:

4NH3(g) + 5O2(g) → 4NO(g) + 6H2O(g)

步骤二是在有水存在的吸附装置中发生,包含有两个反应阶段。首先是一氧化氮被氧化生成二氧化氮

2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)

生成的气体很快被水吸收,得到产物(硝酸,尽管浓度很稀),然而有一部分又被还原为一氧化氮:

3NO2(g) + H2O(l) → 2HNO3(aq) + NO(g)

一氧化氮可以循环利用,得到的酸通过蒸馏法浓缩。

另外一种选择是,最后一步在空气中进行:

4NO2(g) + O2(g) + 2H2O(l) → 4HNO3(aq)

第一个步骤的典型条件如下,能达到约96%的产率

  • 压强介于4到10个大气压之间(大约是 400-1010 kPa或 60-145 psig)
  • 温度约为1173K(约900 °C 或 1652 °F)。

历史[编辑]

一个早期的专利描述了基本的化学原理[1],但当时对于氨还有一种惧怕的心态。因其是从动物身上提炼,因此直到奥斯特瓦尔德法出现,这些研究也引起了学术界的兴趣。1908年是此方法发展的关键一年,因为弗里茨·哈伯找到了一种能够制备氨的方法,从某种程度上大大改变了人们的看法。奥斯特瓦尔德的最大贡献更注重于实践层面,例如催化以及操作条件,更像化工而不是纯科学。

在使用这个方法以前,工业上氮的来源主要是智利硝石,其主要成分是硝酸钠。当时的硝酸就通过硫酸和硝酸钠反应制备。奥斯特瓦尔德法对于固氮是很重要的。和哈伯法一起,它们无疑的延长了第一次世界大战的时间,因为当时德国海外资源已经被切断,而且爆炸物的生产也已经受到威胁。因为原料的易得以及成本低廉,很快此方法开始了广泛应用。氮化合物的用量激增,主要被用作肥料

最初,此法是在炻器中反应,但随着不锈钢的应用,可以加载更高的压强,随之而来的是更高的产率。

外部链接[编辑]

参考资料[编辑]

  1. ^ Fr. Kuhlmann: "Abhandlung über die Salpeterbildung. Neue Erzeugung von Salpetersäure und Ammoniak." in: "Annalen der Pharmacie" 29(1), 1839, p. 272–279. (doi:10.1002/jlac.18390290305,ISSN 0365-5490)