化学工業の薬品製法(接触法、オストワルト法、ハーバー・ボッシュ法、アンモニアソーダ法)

接触法、オストワルト法、ハーバー・ボッシュ法、アンモニアソーダ法はそれぞれ硫酸、硝酸、アンモニア、炭酸ナトリウムをつくる製法である。接触法とオストワルト法は触媒に注意。

  • 接触法 … 硫酸(酸化バナジウム)
  • オストワルト法 … 硝酸(白金)
  • ハーバー・ボッシュ法 … アンモニア
  • アンモニアソーダ法 … 炭酸ナトリウム

カッコ内は触媒。

アンモニアソーダ法はいくつかの反応の組み合わせから成る。最初は一つ一つを追って覚えるより、全体の反応をまとめた反応を覚える。結論は食塩と炭酸カルシウムから炭酸ナトリウムと塩化カルシウムをつくる反応であり、途中の反応式に出てくるアンモニアと二酸化炭素はリサイクルされる。

接触法

  1. S + O2 → SO2
  2. 2SO2 + O2 → 2SO3
  3. SO3 + H2O → H2SO4

それぞれの反応は次のように説明される。

  1. 硫黄を加熱して二酸化硫黄をつくる
  2. 二酸化硫黄を酸化バナジウム(Ⅴ)触媒のもと酸化して三酸化硫黄をつくる
  3. 三酸化硫黄を濃硫酸に入れて発煙硫酸にした後、発煙硫酸に希硫酸を入れて濃硫酸をつくる。反応式の水は濃硫酸に含まれる水。

※酸化バナジウム(Ⅴ)…V2O5

オストワルト法

  1. 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O
  2. 2NO + O2 → 2NO2
  3. 3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO

それぞれの反応は次のように説明される。

  1. アンモニアを白金触媒のもと酸化させて一酸化窒素をつくる
  2. 一酸化窒素を酸化して二酸化窒素をつくる
  3. 二酸化窒素と水を反応させて硝酸をつくる

ハーバー・ボッシュ法

N2 + 3H2 → 2NH3

高圧条件下で窒素と水素を反応させる。常圧下ではほとんど反応しない。

アンモニアソーダ法

反応のまとめ 2NaCl + CaCO3 → Na2CO3 + CaCl2

反応の第一段階

  1. NaCl + NH3 + CO2 + H2O → NH4Cl + NaHCO3
  2. CaCO3 → CaO + CO2

反応の第二段階

  1. 2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2
  2. CaO + H2O → Ca(OH)2

反応の第三段階

  1. NH4Cl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2H2O + 2NH3

反応の第二段階と第三段階で炭酸ナトリウムと塩化カルシウムができる。途中経過の五つの式をすべて足すと、最初の「反応のまとめ」になり、アンモニアと二酸化炭素と水が消去される。消去されるということは(理論上)完全にリサイクルされていることを意味する。

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