Chemie-Arbeitsblatt _ _ Klasse _ _ _ Name ______________________________________________________Datum _ _ ._ _._ _

Herstellung von Salpetersäure

Zur Herstellung von Salpetersäure gibt es zwei Verfahren: 1. die Gewinnung der Säure aus ihren Salzen mittels Umsetzung mit Schwefelsäure und 2. die katalytische Verbrennung von Ammoniak.

1. Umsetzung von Schwefelsäure mit Kalium- oder Natriumnitrat:

Geräte und Chemikalien: Destillieranlage aus Rundkolben, Liebigkühler, Thermometer, Brenner, Ceran-Platte mit Vierfuß, Stativmaterial, Trichter, konz. Schwefelsäure, K- oder Na-nitrat;

Durchführung: In den Rundkolben füllt man ca. 30 ml konz. Schwefelsäure und gibt dann durch denTrichter gut pulverisiertes K- oder Na-nitrat hinzu. Das Gemisch wird vorsichtig bei laufendem Liebig-kühler erhitzt und die Vorlage mit fließendem Wasser gekühlt.
Beobachtung: ______________________________________
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Reaktionsgleichung: _________________________________

Die Umsetzung von Schwefelsäure mit K- oder Na-nitrat zu Salpetersäure und ___________________ erfolgt gemäß dem Prinzip: Die ____________ Säure treibt die ________ Säure aus ihren ___________aus.

2. Die katalytische Verbrennung von Ammoniak (gewonnen nach dem Haber-Bosch-Verfahren) erfolgt nach dem Ostwald-Verfahren. Ammoniak wird mit Luft vermischt und in einem Reaktor bei 800 °C und einem Pt-Rh-Katalysator zu Stickstoffmonoxid und Wasser oxidiert:

Reaktionsgleichung: __ NH₃ + __ O₂ ----> ______ + ______ (1). In einem nachgeschalteten Reaktor reagiert das ____________________ mit Sauerstoff in einer weiteren Oxidation zu _____________ (2).Diese Reaktion ist exotherm und muss deshalb bei Temperaturen < 50 °C durchgeführt werden.

Reaktionsgleichung: _____________ + _____________________ -----> ________________________

In den folgenden Adsorptionstürmen wird das ______________ mit Wasser zu einer ca. 50%-igen Salpetersäure umgesetzt, die durch eine nachgeschaltete Destillationsanlage auf ca. 65% konzentriert werden kann.

Reaktionsgleichung: _________ + ___________ —> _________ + ___________ (3).

Das dabei anfallende _________ wird nach Schritt 2 wieder zu _________________ oxidiert. Eine moderne Anlage stellt täglich bis zu 1200 Tonnen Salpetersäure her.

Verwendung: Salpetersäure ist für die chemische Industrie eines der wichtigsten Zwischenprodukte zur Herstellung von _________________ und anderen chemischen Verbindungen (z.B. _______________, _________ , __________- _____________ . Mit Hilfe von Nitriersäure, einem Salpetersäure-Schwefelsäure-Gemisch, können viele Sprengstoffe hergestellt werden: die Nitrierung von Cellulose führt zu ____________________ (Schießbaumwolle), die Nitrierung von _________________zu hochsensiblem Nitroglycerin, das mit Kieselgur vermischt das handhabungssichere _______- ________ ergibt; die Nitrierung von Toluol führt zu TNT (__________________________________ ). Hexogen (RDX), einer der stärksten Sprengstoffe, entsteht durch Nitrierung von Hexamethylentetramin und Kaliumnitrat selbst ist Bestandteil von ____________________ .

Lösungen:

1. Umsetzung von Schwefelsäure mit Kalium- oder Natriumnitrat:

Beobachtung: Es destillieren braune Dämpfe ab. In der Vorlage sammelt sich gelb gefärbte konzentrierte Salpetersäure.

Reaktionsgleichung: 2 NaNO₃ + H₂SO₄ ----> 2 HNO₃ + 2 Na₂SO₄

Die Umsetzung von Schwefelsäure mit K- oder Na-nitrat zu Salpetersäure und Na-Sulfat erfolgt gemäß dem Prinzip: Die stärkere Säure treibt die schwächere Säure aus ihren Salzen aus.

2. Katalytische Verbrennung von Ammoniak

Reaktionsgleichung: 4 NH₃ (g) + 5 O₂ (g) ----> 4 NO (g) + H₂O (l) ; Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid;

Reaktionsgleichung: 2 NO (g) + O₂ (g) ---> 2 NO₂ (g) ; Stickstoffdioxid,

Reaktionsgleichung: 3 NO2 (g) + H₂O (l) ---> 2 HNO₃ (aq) + NO (g); Stickstoffmonoxid NO, Stickstoffdioxid NO₂

Verwendung: Düngemittel, Collodium, Amine, Farbstoffe, Trinitrocellulose, Glycerin, Dynamit, Trinitrotoluol, Schwarzpulver

update am 02.02.2021 zurück zur Hauptseite