オストワルト法の仕組みを解説！

今回はオストワルト法を解説します。

オストワルト法はアンモニアを酸化して、
硝酸を手にいれるための工業的製法です。

オストワルト法で出てくる反応式は非常に複雑で、
あなたも丸暗記に苦労しているのではないでしょうか。

そんなオストワルト法であっても、
もちろん反応には仕組みがあるのです。

この記事では「何が起こっているか」に注目しながら反応を説明します。

今までオストワルト法に関してモヤモヤしていた部分も、
この記事を読むことでスッキリ理解できるでしょう。

ぜひ最後まで読んでくださいね。

オストワルト法とは

「オストワルト法」とは、
白金触媒でアンモニアを酸化させることで一酸化窒素を作り、
それを原料に硝酸を作る手法です。

その反応は以下のように進みます。

この中でも一番大事なのが①の式です。

①の式は「白金触媒・800℃」という条件でNOができますが、
少し条件を変えるとN₂ができます。

このように目的のものを手にいれるために、
無理やり高温にしたり触媒を使ったりしているため、
反応が想像しづらいのです。

これこそがオストワルト法を難しく感じさせている理由です。

それではこの3つの反応に分けて解説していきます。

オストワルト法の流れ

オストワルト法の流れは、

①白金触媒・800℃でNH₃を酸化してNOへ
②NOに酸素O₂を反応させてNO₂へ
③NO₂を水に溶かして硝酸を得る

です。

反応式は、

でしたね。

順番に解説します。

①NH₃→NO（白金触媒・800℃）

まずはアンモニアNH₃を酸化します。

アンモニアに酸素を触れさせると以下の反応が発生します。

2つ目の平衡反応では、
エネルギー的にはNOの方が不安定だから、
右向きの反応は吸熱反応です。

だから低温の場合はなかなかNOができません。

高温の状態で、さらに白金触媒を使うことで、
2つ目の平衡を右に傾けてNOを作ります。

このように、「白金触媒・800℃」で平衡を操作することで、
うまくNOを作るのがオストワルト法のキモになります。

②NO→NO₂

①で作ったNOは、
低温では酸素に簡単に酸化されてしまいます。

この反応は問題ないでしょう。

③NO₂→HNO₃

最後に二酸化窒素NO₂を温水に溶かして硝酸を作ります。

しかしこの亜硝酸HNO₂は不安定なので、
以下の反応によってすぐに分解されてしまいます。

これによって結果的に以下の反応になります。

反応の全体像

の3段階によって反応によって硝酸ができました。

この反応式を1つにまとめると以下です。

まとめてしまえば、
一酸化窒素や二酸化窒素を経由しながら、
アンモニアを酸化させて硝酸を得る方法、
ということになりますね。

まとめ

今回は「オストワルト法」の解説をしました。

オストワルト法は、
①4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O（Pt触媒、800℃）
②2NO+O₂→2NO₂
③3NO₂+H₂O→2HNO₃+NO
の3段階。

白金触媒・800℃でうまいことNOを作るのがキモでした。

このように「化学反応のストーリー」を理解すると、
なぜか暗記が楽に感じてきますね。

オストワルト法の反応式の係数は複雑なので、
今一度自分で式を立ててみて、
無理そうならもう一度復習してみるなどするといいです。