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硝酸的工业制法有三种。
第一种是早在17世纪就使用的硝石法。它是利用钠硝石跟浓硫酸共热而得硝酸。
NaNO3+ H2SO4(浓)http://www.jshlzx.net/klh/2/2021/text/Image8347.gifNaHSO4+HNO3↑
由于硝酸较易挥发,所以,反应产生的是硝酸蒸气,经冷凝后即为液体。反应生成的酸式硫酸盐,在高温条件下可进一步与钠硝石反应,生成硫酸正盐和硝酸。但硝酸在高温时会分解,所以硝石法一般控制在第一步反应。此法产量低,消耗硫酸多,又受到硝石产量的限制,已逐步被淘汰。
第二种是电弧法。它是利用电弧使空气中的氮气和氧气直接化合而成NO。
N2(g)+O2(g)http://www.jshlzx.net/klh/2/2021/text/Image8348.gif2NO(g)
这是可逆反应,而且这两种单质互相化合时是吸热的,因此高温对于NO的生成有利。不过,即使在3 000℃,平衡混合物中也仅含有5%的一氧化氮。
工业上用强大的电源产生的电弧做加热器,温度可达4000℃左右。当空气流迅速通过电弧时,空气受到强热,于是就生成少量的一氧化氮。立刻将混合气体冷却到 1200℃以下,以后再进一步冷却,混合气体中的NO与O2化合而成NO2,最后用水吸收而成硝酸。因为电弧法耗费大量的电能,同时NO的产率低,当氨氧化法问世后,它也逐渐被淘汰了。
第三种是氨的催化氧化法。按生产流程和操作条件不同,可分为常压法、加压法和综合法。这种方法成本低,产率高,消耗电能少。
常压法是在常压下进行的,加压法是在加压(600 kPa~900 kPa)下进行的。综合法是既有常压过程,又有加压过程,氨的氧化在常压下进行,一氧化氮的氧化和二氧化氮的吸收在加压(600 kPa~900 kPa)下进行。
常压法生产的硝酸中HNO3的质量分数较小,一般为47%~50%。它的生产设备所需的不锈钢数量较多,但操作方便,铂催化剂损失小,消耗电能较小。加压法生产的硝酸中HNO3的质量分数较大,一般为58%~60%,可以节省吸收塔数目,因而所需不锈钢数量较少,但操作复杂,消耗电能较大,铂催化剂损失也较大。综合法则兼有二者的优点。