オストワルト法の仕組みや反応式をわかりやすく解説

今回はこのような悩みを解決します。

オストワルト法は接触法と並び、マーク試験で頻出です。今回の記事で知識を完璧なものにしてください。

オストワルト法とは硝酸の工業的製法である

まずオストワルト法とは何かを説明します。

オストワルト法とは、硝酸の工業的製法になります。

工業的製法とはどういうことかというと、「できるだけ安い費用でつくる方法」だと考えてもらえばよいと思います。

したがって、工業的製法というのはややこしい手順を踏むことが多く、オストワルト法も例外ではありません。

でも丁寧に説明していきますので、安心してついてきてください。

オストワルト法の反応式

まずはオストワルト法の反応式を見てみましょう。

まずはアンモニアを酸化することで一酸化窒素を作り出します。

そして一酸化窒素をさらに酸化して二酸化窒素とし、水に通すことで硝酸が得られます。

なお、3つ目の式では硝酸の他に一酸化窒素も生成されますが、これは再び2番目の式で再利用されます。無駄のない反応になっていますね。

アンモニア、一酸化窒素、二酸化窒素の発生法についてはこちらで復習しておきましょう。

反応式を1つの式にまとめる方法

ここで、先ほどの3つの反応式を1つにまとめる方法をご紹介します。

やみくもにまとめようとすると沼にはまってしまうので、しっかりと手順を覚えておきましょう。

全体としてはオストワルト法は硝酸を得る反応です。生成物にNOやNO₂が含まれることはありません。

したがって、NO₂とNOを消去することでうまく反応式がまとめられます。

1.NO₂を消去する

まずはNO₂を消去します。

NO2が含まれるのは2,3番目の式なので「2番目の式×3＋3番目の式×2」をすることで次の式が得られます。

4NO ＋ 3O₂ ＋ 2H₂O → 4HNO₃

2.NOを消去する

続いてNOを消去します。

先ほどの式に1番目の式を足してあげることで次の式が得られます。

NH₃ ＋ 2O₂ → HNO₃ ＋ H₂O

これがすべての式をまとめたものになります。

オストワルト法の触媒

オストワルト法では触媒が使われます。

接触法の触媒と混同しがちであるため、よくマーク試験で問われるので覚えておきましょう。

ちなみに接触法で使われる触媒は酸化バナジウム(V₂O₅)です。

オストワルト法のよくある計算問題の解き方

では最後にオストワルト法の計算問題を解いてみましょう。

ポイントさえ押さえれば何も難しいことはありません。

まずはオストワルト法の反応全体をまとめた式を作ります。

NH₃ ＋ 2O₂ → HNO₃ ＋ H₂O

ここからわかることは、アンモニア１molから硝酸1molが得られるということです。

したがって、今回の問題では硝酸は10mol得られることになりますね。

そして硝酸の式量は63ですから、硝酸は63×10=630(g)生成することがわかります。

あとはこれを63%に薄めたらどうなるかを考えます。仮に63%の硝酸がx(g)できるとすると、xのうち63%がオストワルト法でつくられた硝酸になるので、

x×63/100=630

が成り立ちます。あとはこれを解くと、x=1000(g)と答えが出ますね。

まとめ

今回はオストワルト法について解説しました。

反応式・触媒・計算の3点が問題になるところなので、よく理解しておきましょう。