Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Поиск репетиторов
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


АЗОТНАЯ КИСЛОТА

АЗОТНАЯ КИСЛОТА HNO3, мол. м. 63,016, бесцв. жидкость (см. табл.). Сильная одноосновная к-та (рКа —1,64). Молекула имеет плоскую структуру (длины связей в нм):
Азотная кислота

Твердая азотная кислота образует две кри-сталлич. модификации-с моноклинной и ромбич. решетками. Конц. к-та малоустойчива, при нагр. или под действием света частично разлагается: 4HNO3 -> 4NO2 + 2H2O + O2; образующийся NO2 окрашивает к-ту в бурый цвет и придает ей специ-фич. запах.

СВОЙСТВА АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ И LE КРИСТАЛЛОГИДРАТОВ

Показатель
HNO3
Моногидрат
Тригидрат
Плотн., г/см3 .......
1,513
_
_
Т. пл., °С ........
-41,59 (82.6)*
-37,62
-18,47
1010-43.jpg кДж/моль . . . . .
10,47
17,50
29109
1010-44.jpg (293 К), кДж/моль . .
39.1
1010-45.jpg кДж/моль . . . . .
-174,1 (_ 134,9)**
-473,5
-1056,1
С°р (300 КХ Дж/(моль*К) . .
109,9 (54,22)**
182
325
-33.68
-19.82
-8,92
S0298, Дж/(моль*К) . . . . .
155,6 (266,9)**
217
344

* Т-ра кипения. ** Для газа при 298 К.
Производство азотной килсоты

Рис. 1. Схема производства азотной кистолы под единым давлением (0,65-0,70 МПа): 1-воздушный фильтр; 2-реактор каталитич. очистки отходящего газа; 3-камера сгорания; 4-воздушный компрессор; 5-газовая турбина; 6-редуктор; 7-электродвигатель; 8-промежут. холодильник; 9-котел-утилизатор; 10 -экономайзер; 11-поролитовый фильтр; 12-смеситель NH3 и воздуха; 13- подогреватель воздуха; 14-испарителъ NH3; 15-аппарат для окисления NO; 16-контактный аппарат для окисления NH3; 17 - холодильник-конденсатор; 18 - абсорбц. колонна; 19-подогреватель отходящего газа.

Азотная кислота смешивается с водой во всех соотношениях. В водных р-рах практически полностью диссоциирует на Н+ и NO-3. Образует с водой азеотропную смесь (68,4% по массе HNO3; т. кип. 120,7°С, d2041,41), моно- и тригидраты. Для водных р-ров d204составляет 1,0543 (10%-ная к-та), 1,1150 (20%-ная), 1,3100 (50%-ная), 1,4134 (70%-ная), 1,4826 (90%-ная). Для 49,94%-ного р-ра парциальное давление HNO3 и воды составляет (в Па) соотв. 47,91 и 1030,75, для 69,7%-ного-383,04 и 388,36, для 96,48%-ного-5531,47 и 14,63. Азотная кислота ограниченно раств. в эфире.

Азотная кислота - сильный окислитель. Под действием азотной кислоты металлы (за исключением Pt, Rh, Ir, Nb, Zr, Та, An) превращаются в нитраты или оксиды, сера энергично окисляется в H2SO4, фосфор-в Р2О5, орг. соед. окисляются и нитруются. Стойкость конструкц. материалов к азотной кислоте определяется св-вами поверхностных оксидных пленок. В разб. азотной кислоте стойки хромо-никелевые стали, Ti, в концентрированной-чистый Аl, высококремнистый чугун, хромо-никель-кремниевые стали. Титан в среде конц. азотной кислоты, содержащей растворенные оксиды азота, приобретает пирофорные св-ва. В азотной кислоте любой концентрации стойки стекло, кварц, фторопласт-4.
Производство азотной кислоты (2 ступени давления)

Рис. 2. Схема производства азотной кислоты с двумя ступенями давления (окисление NH3 при 0,35 МПа, абсорбция МО2 при 0,8 МПа): 1-фильтр воздуха; 2-воздушный компрессор; 3- компрессор нитрозного газа; 4 -газовая турбина; 5 -паровая турбина; 6-смеситель NH3 и воздуха; 7-контактный аппарат для окисления NH3; 8-котел-утилизатор; 9-конденсатор; 10-насос; 11-подогреватель отходящего газа; 12 -холодильник-конденсатор; 13-сепаратор; 14-абсорбц. колонна; 15-испаритель NH3.

Для практич. целей используют 30-60%-ные водные р-ры азотной кислоты или 97-99%-ные (конц. азотная кислота). Смесь концентрированных азотной и соляной к-т (соотношение по объему 1 :3) наз. царской водкой; она растворяет даже благородные металлы. Смесь HNO3 концентрации ок. 100% и H2SO4 концентрации ок. 96% при их соотношении по объему ок. 9:1 наз. меланжем.

Пром. методы получения разб. HNO3 включают след. стадии: получение NO, окисление его до NO2, абсорбцию NO2 водой, очистку отходящих газов (содержащих в осн. N2) от оксидов азота. Осн. способ получения NO заключается в окислении NH3 кислородом воздуха в присут. катализатора: 4МН3 + 5О2 -> 4NO + 6Н2О + 907,3 кДж. Катализатор-сетка из сплавов Pt (80-95%) с металлами платиновой группы. В СССР используется двухступенчатый катализатор (первая ступень-платиновые сетки, вторая-оксидный неплатиновый катализатор), позволяющий сократить кол-во загружаемой платины на 40-60%. Потери Pt при одноступенчатом катализаторе, в осн. из-за мех. уноса, составляют (г Pt на 1 т HNO3): 0,05 при 0,1 МПа, 0,1 при 0,4 МПа, 0,15 при 0,7 МПа. При использовании двухступенчатого катализатора потери Pt снижаются на 15-25%.

Окисление NO (2NO + О2 ->2NO2 + 124 кДж) протекает в газовой фазе при охлаждении нитрозного газа (полученного на стадии окисления NH3) до 160-250°С; ниже 100°С идет димеризация (2NO2 -> N2O4 + 56,9 кДж/моль). Абсорбцию NO2 водой (3NO2 + H2O->2HNO3 + NO + + 136,2 кДж/моль) осуществляют в тарельчатых колоннах со значит. межтарелочными объемами. Отходящий газ содержит 0,02-0,15% по объему оксидов азота, 2-5% О2 и N2; при содержании остаточных оксидов азота более 0,02% проводят их каталитич. восстановление до N2. В случае восстановления аммиаком (кат.-оксиды А1 и V; 250-300СС) происходят р-ции:

3NO + 2NH3 -> 2,5N2 + ЗН2О 3NO2 + 4NH3 -> 3,5N2 + 6H2O

Отходящий газ очищают также на алюмопалладиевом кат. (т-ра начала р-ции 350-500°С) с использованием в кач-ве восстановителя прир. газа:

СН4 + 2О2 -> СО2 + 2Н2О + 802 кДж СН4 + 2NO2 -> N2 + 2H2O + СО2 + 868 кДж СН4 + 4NO -> 2N2 + 2Н20 + СО2 + 1160кДж

Установки по произ-ву разб. HNO3 (см. рис. 1 и 2) характеризуются высокой производительностью (350-1400 т/сут), полнотой использования теплоты хим. р-ций, экономным расходованием сырья и вспомогат. материалов.

Конц. азотную кислоту получают двумя осн. способами. Первый заключается в ректификации тройных смесей, содержащих HNO3, воду и к.-л. водоотнимающее в-во, обычно H2SO4 или Mg(NO3)2. В результате получают пары 100%-ной HNO3, к-рые конденсируют, и водные р-ры водоотнимающего агента. Последние упаривают и возвращают в произ-во. Второй способ основан на р-ции: 2N2O4M + + 2Н2О(ж) + О2(г)->4НNO3(ж) + 78,8 кДж ("ж"-жидкость, "г"-газ). При давлении ок. 5 МПа и использовании чистого О2 образуется 97-98%-ная HNO3, содержащая до 30% по массе растворенных оксидов азота. Азотную кислоту получают разгонкой этого р-ра. При 0,7-1,0 МПа и использовании воздуха образуется 80-85%-ная HNO3 и азеотропная смесь азотной кислоты с водой. Жидкий N2O4 получают гл. обр. путем растворения NO2, содержащегося в нитрозном газе, 80-100%-ной HNO3 с послед. разгонкой этого р-ра и конденсацией жидкого N2O4.

Азотную кислоту особой чистоты производят ректификацией 97-98,5%-ной HNO3 в аппаратуре из силикатного или кварцевого стекла. Содержание примесей в такой к-те менее 1 * 10-6% по массе.

Метод получения азотной кислоты, основанный на взаимод. N2 и О2 воздуха выше 2200°С (N2 + О2 -> 2NO + 180,6 кДж) с послед. быстрым охлаждением NO, его окислением и абсорбцией NO2 водой, распространения пока не получил.

Осн. кол-во разб. HNO3 расходуется в произ-ве NH4NO3 и сложных минер. удобрений, нитратов Na, К, Са и др., в гидрометаллургии. Конц. к-та используется при получении ВВ, H2SO4, H3PO4, ароматич. нитросоединений, красителей, входит в состав ракетного топлива. Азотная кислота используется также для травления металлов, полупроводниковых материалов и др.

Произ-во азотной кислоты взрывоопасно из-за использования в нем горючих и взрывоопасных в-в - NH3 и прир. газа. Под действием азотной кислоты воспламеняются бумага, масло, древесина, уголь. При попадании на кожу она вызывает ожоги. Аммиак, пары HNO3, оксиды азота токсичны. ПДК паров HNO3 и оксидов азота 2 мг/м3 (в пересчете на NO2). Произ-во азотной кислоты в развитых кап. странах ок. 22 млн. т (1982).


===
Исп. литература для статьи «АЗОТНАЯ КИСЛОТА»: Справочник азотчика, под ред. Н. А. Симулина [и др.], т. 2, М., 1969; А трощен ко В. И., Каргин С. И., Технология азотной кислоты, М., 1970; Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности, под ред. В. М. Олевского, М., 1985. А. А. Солоха.

Страница «АЗОТНАЯ КИСЛОТА» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

Еще по теме:

     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн