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Ostwald-Verfahren, Salpetersäureherstellung
Salpetersäure wird heute nach dem Ostwald-Verfahren durch die Oxidation von Ammoniak hergestellt. Das Verfahren beruht auf Wilhelm Ostwald (1853–1932), der im Jahr 1901 einen Laborversuch dazu durchführte und in der Folgezeit in Zusammenarbeit mit der Sprengstoffindustrie eine technische Anlage entwickelte.


Ostwald-VerfahrenLupe


Ausgangsstoff ist das bei der Haber-Bosch-Synthese erzeugte Ammoniak. Wird Ammoniaklösung eingesetzt, muss diese zuerst verdampft werden. Das Ammoniak wird mit Luft im Gasmischer vermischt, anschließend verdichtet, im Erhitzer erhitzt und dann in einem Kontaktofen bei 800 bis 900 °C an einem Platin-Rhodium-Katalysator zu Stickstoffmonooxid und Wasser umgesetzt. Das Gasgemisch darf nur kurzen Kontakt zum Katalysator haben, da sonst das Stickstoffmonooxid in seine Elemente zerfällt.

Schritt 1: Ammoniak + Sauerstoffreagiert zu  Stickstoffmonooxid + Wasser    ΔHR = −908 kJ/mol 
4 NH3  +  5 O2 reagiert zu   4 NO  +  6 H2O   

In einem nachgeschalteten Kühlsystem wird danach das Stickstoffmonooxid unter 50 °C gekühlt und in den Oxidationsturm geleitet. Dort oxidiert das Stickstoffmonooxid mit Sauerstoff zu Stickstoffdioxid. Diese Reaktion ist erst bei Temperaturen unterhalb 50 °C durchführbar. Unter den vorherrschenden Bedingungen entsteht in einer Gleichgewichtsreaktion auch Distickstofftetraoxid.

Schritt 2: Stickstoffmonooxid  +  Sauerstoff im Gleichgewicht zu   Stickstoffdioxid    ΔHR = −114 kJ/mol 
2 NO  +  O2 im Gleichgewicht zu   2 NO2


Stickstoffdioxidim Gleichgewicht zu  Distickstofftetraoxid   
ΔHR = −57 kJ/mol 
2 NO2 im Gleichgewicht zu   N2O4

In den nachfolgenden Absorptionstürmen wird das Stickstoffoxid-Gemisch mit herabrieselndem Wasser unter Luftzugabe zu einer 50%igen Salpetersäure umgesetzt, die durch eine nachgeschaltete Destillationsanlage auf etwa 65 % konzentriert werden kann. Das dabei anfallende Stickstoffmonooxid wird wieder in den Oxidationsturm zurückgeleitet und nach Schritt 2 erneut oxidiert. Mögliche Nebenreaktionen sind hier nicht dargestellt. Eine moderne Anlage kann täglich bis zu 1200 Tonnen Salpetersäure herstellen.

Schritt 3: Stickstoffdioxid  +  Wasser reagiert zu  Salpetersäure  +  Stickstoffmonooxid 
3 NO2  +  H2O reagiert zu   2 HNO3  +  NO
 

Distickstofftetraoxid  +  Sauerstoff  +  Wasser reagiert zu  Salpetersäure
2 N2O4  +  O2  +  2 H2O reagiert zu   4 HNO3



Serienbilder zum Ostwald-Verfahren

Zum Ostwald-Verfahren liegt eine Serie in 9 Bildern zur Lösungskontrolle vor. Die Lösungen werden beim Durchklicken im Vollbildmodus nach und nach eingeblendet. Die Serie kann zur Erarbeitung des Arbeitsblattes verwendet werden. Es liegt auch ein Text vor, den man gleichzeitig vorlesen kann.



Serie Ostwaldverfahren

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