高校無機化学「ハーバー・ボッシュ法」と「オストワルト法」のポイント・練習問題

無機化学の窒素化合物で登場するハーバー・ボッシュ法とオストワルト法は入試でもよく出題されます。今日はそれぞれの特徴と反応式まで詳しくみていきましょう。

ハーバー・ボッシュ法とは？

ハーバー・ボッシュ法とは、アンモニアNH₃の工業的製法です。四酸化三鉄Fe₃O₄を主成分とする触媒を用い、窒素N₂と水素H₂からアンモニアNH3を合成します。

このとき、高温・高圧化で行うことも覚えておきましょう。

アンモニアは工業的にはハーバー・ボッシュ法でつくり出しますが、実験室では塩化アンモニウムと水酸化カルシウムを混合し加熱することで得られます。弱塩基の遊離反応です。

水酸化カルシウムでなくとも強塩基だったら、弱塩基のアンモニアを遊離させることができますので、水酸化ナトリウムなどでも大丈夫です。

ハーバー・ボッシュ法で得られたアンモニアNH₃の性質もあわせて覚えましょう。

オストワルト法とは、硝酸HNO₃の工業的製法です。ハーバー・ボッシュ法でつくられたアンモニアを原料にします。オストワルト法の流れは次のようになります。

まとめてしまうと、アンモニアNH₃と酸素O₂から、硝酸HNO₃と水H₂Oが生じる反応になります。途中で登場するNOは再利用されて、全て硝酸に変わります。反応式でかくと次の通りです。

上記１～３の式をまとめると

となります。

実験室で硝酸HNO₃をつくるには、濃硫酸H₂SO₄の不揮発性を利用します。