化学自习室移动版

硝酸是化工领域的重要原料，也是高中化学的常客。工业上制硝酸为啥用氨？过程分几步？条件怎么选？这篇文章帮你理清脉络，既抓考点，也拓视野。

一、 原料准备：合成氨是“先手棋”

工业制硝酸不以氮气和氧气直接反应，而是以氨（NH₃）为原料。因为氨中的氮是-3价，更容易被氧化。

氨来自合成氨反应（哈伯法）：

N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ ΔH < 0（条件：高温、高压、铁触媒）

高考提示：合成氨是可逆反应、放热反应，平衡移动原理常考。

二、 核心工艺：奥斯特瓦尔德法（Ostwald Process）

这是1902年德国化学家奥斯特瓦尔德发明的工艺，分三步完成 。

第一步：氨的催化氧化（核心步骤）

在铂铑合金（Pt-Rh）催化下，NH₃与O₂反应生成NO：

4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O 条件：800~900℃（高温）、催化剂

注意：不是生成N₂！温度控制很关键，防止副反应

催化剂：铂铑网（还可用三氧化二铬或氧化铁基非铂催化剂 ）

第二步：一氧化氮氧化

NO冷却后与O₂反应生成红棕色的NO₂：2NO + O₂ → 2NO₂

特点：常温下反应更快（升温反而速率下降，高考选择题常考）

第三步：二氧化氮吸收

NO₂与水反应生成硝酸：3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO

注意：反应又生成了NO，所以需要反复氧化、吸收以提高产率

通入空气：将生成的NO再氧化为NO₂，循环利用

总反应（合并后）：4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃

三、 工艺流程与生产条件

1. 三种主要流程

根据氧化和吸收的压力不同，可分为 ：

常压法：设备简单，但酸浓度低（~50%），尾气污染大

加压法：吸收效率高，酸浓度可达65~72%，能耗低

双加压法：氧化中压（~0.5 MPa）、吸收高压（1.0~1.5 MPa），现代主流工艺

2. 为什么加压？

吸收反应 3NO₂ + H₂O ⇌ 2HNO₃ + NO 是气体体积减小的反应，加压有利于平衡正向移动，提高产率。

四、 尾气处理（环保与考点）

尾气中含NO、NO₂（统称NOₓ），必须处理后排放。

高考提示：NaNO₂中N为+3价，记住电子转移数。

五、 拓展视野（了解即可）

1. 浓硝酸怎么制？

稀硝酸（~68%）是共沸物，不能直接蒸馏浓缩。工业上用：

脱水剂法：加浓硫酸或硝酸镁吸水

直接合成法：用N₂O₄与O₂、水反应

2. 历史与前沿

早期曾用电弧法（N₂+O₂高温直接反应），但耗电巨大，已被淘汰

电催化合成硝酸：近年研究热点，试图在常温常压下直接氧化N₂制HNO₃，尚在实验室阶段

六、 高考常见考点速记