工業的製法１｜オストワルト法はアンモニアから硝酸へ

高校化学では，特に重要な工業的製法は５つあります．

そのうちの１つである[オストワルト法]は硝酸の製法で，主な原料はアンモニアです．

なお，アンモニアは[ハーバー・ボッシュ法]で作ることができるのは押さえておきたいですね．

[オストワルト法]は，

アンモニア
↓
一酸化窒素
↓
二酸化窒素
↓
硝酸

という流れで硝酸をつくります．

また，アンモニアを酸化させるときは高温にしなければならないのも，地味なポイントですが覚えておきたいところです．

オストワルト法の流れ

[オストワルト法]は硝酸の製法で，主な原料はアンモニアです．

必要なものは

• アンモニア
• 酸素
• 水

で，流れは

1. アンモニアを酸化させて，一酸化窒素
2. 一酸化窒素を酸化させて，二酸化窒素
3. を水に溶かして硝酸

という３ステップです．

一酸化窒素NOをつくる

アンモニアと酸素を800℃の白金触媒に触れさせることで，次の反応が起こります．

ここで，800℃と非常に高温にできるあたり，「実験室的製法」でなく「工業的製法」な感じが出ていますね．

二酸化窒素NO₂をつくる

一酸化窒素は140度以下で空気中の酸素と容易に反応して，次の反応が起こります．

硝酸HNO₃をつくる

二酸化窒素は水によく溶けます．

こうしてできた水溶液の正体が硝酸で，反応は次のようになっています．

注意点

「オストワルト法」での注意点は次の２つです．

1. 一酸化窒素を作るときに高温にする理由
2. 最後に出てきた一酸化窒素の処理

１は一酸化窒素が低温下では簡単に分解してしまうことがポイントで，２は「オストワルト法」が「工業的製法」であることがポイントです．

一酸化窒素NOを作るときに高温にする理由

一酸化窒素を作るとき，「アンモニアと酸素を１で800℃の白金触媒に触れさせる」と書きました．

このように温度を高くしなければならないのは，一酸化窒素に関する反応

が吸熱であることが理由です．このことから，逆反応が起こればそれは発熱反応ということになります．

詳しく書くと，逆反応が発熱反応なので，低温なら温度を上げようとして平衡が左に移動してしまい(ルシャトリエの原理)，生成した一酸化窒素が分解してしまうためです．

工業的製法では，1000℃近い高温を保つこともできます．

他の工業的製法でも，高温，高圧にする場面はよくあるので，工業的製法の特徴と言えるでしょう．

一酸化窒素NOの再利用

「工業的製法」は「無駄なく安く」が基本でした．

最後の反応

で出てきた一酸化窒素をこのまま棄てるのは「無駄」が出てしまうことになり，良くありません．

そこで，「最後に出てきた」一酸化窒素を「最初に作った」一酸化窒素に混ぜて「再利用」します．

こうすることで無駄が減り，経済的な製法になります．

オストワルト法に限らず，工業的製法では「再利用」がよく行われます．工業的製法を考えるときには，どのような「営業努力」が行われているのかを考えると少し面白いかもしれません．