【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的备注。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。  

第五章氮和磷，氮族元素 

§5-7硝酸的工业制法

【01】现代工业上制造硝酸的方法，大都采用合成法。这个方法的主要反应过程是氨的接触（催化）氧化。在介绍氨的性质(§ 5-2)时【山注，化2-5-02第17~19段，传送门CV21751196】，我们曾经提到过这个反应，并说它是工业上制造硝酸的基础反应之一。这个反应是在催化剂铂的作用下，氨跟氧气（空气）反应，生成一氧化氮和水：

【02】再由一氧化氮跟氧气继续反应，就生成二氧化氮：

【03】二氧化氮用水吸收，就生成了硝酸

【04】后面二个反应，实际上是同时进行的。因此，在水和过量空气存在下，全部NO将变成硝酸。

【05】合成硝酸的最原始的原料是水（制取氢气）和空气（制取氮气和供给氧气），它们是普遍存在的物质，在原料供应上不会发生困难，同时它们容易提净，使产品比较纯净。因此用这个方法制得的硝酸，成本低，质量高，现在已被普遍采用了。

【山注，氨的工业制法是用氢和氮，因此此处说的原始原料没有问题。参见化2-5-05第01段，传送门CV21762677】

【06】现在我们就来简略地谈谈合成硝酸法。

【07】根据上述的化学原理，合成硝酸法基本上也可划分成二个阶段：(1)把氨氧化成一氧化氮；(2)把一氧化氮氧化，溶解成硝酸。整个生产流程大致如图5·9所示，其中以接触氧化器和吸收塔为中心，分别进行上述二个过程。

1、氨氧化成一氧化氮

【08】反应是在接触氧化器中进行的。我们知道，反应需要在有催化剂存在和加热(800℃)的条件下进行的。但氨与氧反应本身是一个放热反应，放出的热，除能维持催化剂的一定温度外，还足够预热进入的原料到反应时所必需的温度。接触氧化器后面的一个热交换器，就是把输入的空气和从接触器出来的热气体进行热量的交换。空气用鼓风机鼓入，经过热交换器使温度升高后，就在混和器中跟氨（由另一只鼓风机鼓入）混和，再进入接触氧化器进行反应。为了使氨能比较充分地氧化，一般使用了过量的空气。

【09】接触氧化器的内部构造如图5·10所示。催化剂通常是用多层的细铂丝网，水平地固定在接触氧化器的中部。开始时先用氢气燃烧管加热铂网，此后由于反应热的产生，催化剂能经常保持在800℃左右，从而使反应能一直进行下去，直到损坏为止。如果空气和氨都相当纯净，催化剂能使用比较长的一段时期。

【10】从接触氧化器出来的含有氮的氧化物的气体（主要是一氧化氮和水蒸气)，温度很高，当它通过热交换器后，经过冷空气的冷却，温度虽有所降低，但仍然很高，如果把它直接送到吸收塔去，显然是不利的。因为在吸收塔里的反应是一氧化氮氧化生成二氧化氮和二氧化氮的吸收成硝酸，它们都是放热的反应。根据化学平衡理论，降低温度，有利于反应向生成NO₂和HNO₃的方向进行，所以必需让它进一步冷却。于是再通过一个余热锅炉。在余热锅炉里，由于不断灌入冷水，使高温气体的温度一再降低，而冷水接受了这些热量，生成了大量水蒸气，可供工厂应用。余热锅炉的内部结构基本上与热交换器相似。它们都是为了节约燃料而设计的设备。

2、一氧化氨氧化，溶解成硝酸

【11】一氧化氮氧化成二氧化氮，与水反应成硝酸，这二个反应在吸收塔里进行。

【12】从余热锅炉里出来的含有氮的氧化物的混和气体，在进入吸收塔之前，再通过一个水冷却器，使气体温度下降到100℃，以利于最后反应的进行。这里可能由早已生成的少量二氧化氮与冷凝成的水反应，生成少量的稀硝酸。大部分的混和气体从冷却器出来，进入吸收塔。

【13】吸收塔的内部结构和作用，与制取盐酸、硫酸时所用的吸收塔相似。高大的塔身内部用瓷环填充，以增大接触面；并且利用逆流吸收原理，混和气体自下而上，水或稀硝酸自上而下，这样来达到充分且迅速吸收的目的。在吸收塔里，一氧化氮氧化成二氧化氮，二氧化氮跟水反应成硝酸。为了使氮的氧化物能被充分吸收，常连续用多只吸收塔来吸收。

【14】在塔里生成的是稀硝酸。如果要把稀硝酸制成浓硝酸，可以用下列二种方法：(1)把制得的稀硝酸与浓硫酸混和以后一起加热蒸馏，即可得较浓的硝酸。(2)把用水吸收二氧化氮的操作，在50个大气压下进行。由于水跟二氧化氮的反应是一个气体体积缩小的可逆反应，按化学平衡理论，增大压强，可使化学平衡向生成HNO₃的方向移动。这样，硝酸的浓度就可增大了。

习题5-7

1、工业上用合成法制硝酸的生产过程可划分成哪几个阶段？写出每个阶段所进行反应的化学方程式。

2、画出合成硝酸的生产流程简图，说明各个设备的名称，并注明通路，以及各个通路上进出物质的名称和这些物质的状态。

3、为什么在接触氧化器和气体吸收塔之间要装置一系列的冷却设备？

4、为什么吸收塔里要填充瓷环和采用逆流的吸收操作方法？

5、用化学平衡理论说明用水吸收二氧化氮时，为什么增加压强可得到较浓的硝酸？