2009年度・センター演習｢化学｣・第2回の復習

(5)(5)[第2問・問5・酸化還元反応・電気分解]
(2)[第1問・問4・化学反応の量的関係・過不足のある反応]
(3)[第3問・問3・化学反応の量的関係・過不足のある反応]
(4)[第2問・問3・塩の水溶液の液性]
(5)[第3問・問2・窒素化合物の製法]
(5)[第4問・問2・酸素を含む有機化合物]
(4)[第4問・問5・酸素を含む有機化合物・有機化合物の酸の強さ]
(6)(5)[第4問・問6・窒素を含む有機化合物・アニリン・アゾ染料の製法]

炭酸ナトリウムの製法・「アンモニア･ソーダ法」
1. 塩化ナトリウム飽和溶液にアンモニアと二酸化炭素を吸収させる。これらのイオンの組み合わせの中で、最も溶解度の低い「炭酸水素ナトリウム」が沈殿する。（１）
2. 石灰石（炭酸カルシウム）を加熱分解すると、酸化カルシウム（生石灰）と二酸化炭素が得られる。（２）
3. 酸化カルシウムは水に溶けて、水酸化カルシウム（強塩基）となる。（３）
4. （1）で生成した塩化アンモニウムに（強酸弱塩基塩）に水酸化カルシウム（強塩基）を作用させて、アンモニア（弱塩基）を回収し、再利用する。（４）
5. 炭酸水素ナトリウムを加熱分解、炭酸ナトリウム、水、二酸化炭素が得られる。（５）
  
  NaCl→Na⁺+Cl^-
  NH₃+H₂ONH₄⁺+OH^-
  CO₂+H₂OH⁺+HCO₃^-
  
  NaCl+NH₃+CO₂+H₂ONaHCO₃+NH₄Cl・・・(1)
  CaCO₃→CaO+CO₂・・・(2)
  CaO+H₂O→Ca(OH)₂・・・(3)
  2NH₄Cl+Ca(OH)₂→2NH₃+2H₂O+CaCl₂・・・(4)
  2NaHCO₃→Na₂CO₃+H₂O+CO₂・・・(5)
  
  (1)×2+(2)+(3)+(4)+(5)
  2NaCl+CaCO₃→Na₂CO₃+CaCl₂
硫酸の製法・「接触法」
単体の硫黄 S や、｢黄鉄鉱 FeS₂｣を酸化して、硫酸が合成される。
S → (酸化) → SO₂ → (酸化・触媒V₂O₅)→ SO₃ → (濃硫酸中の水に溶かす) → H₂SO₄

五酸化二バナジウムV₂O₅を触媒として、二酸化硫黄を三酸化硫黄に酸化し、濃硫酸中の水と反応させる。
S+O₂→SO₂・・・(1)
2SO₂+O₂→2SO₃・・・(2)
SO₃+H₂O→H₂SO₄・・・(3)

接触法の｢収率｣
中間生成物であるSO₂,SO₃を消去する。
(1)×2+(2)+(3)×2
2S+3O₂+2H₂O→2H₂SO₄
こうして1モルの硫黄から1モルの硫酸が得られることがわかった。
硝酸の製法・｢オストワルト法」
NH₃ → (酸化・白金触媒) → NO → (酸化)→ NO₂ → (水との反応) → HNO₃

白金触媒を用いてアンモニアを酸化し、一酸化窒素、さらに二酸化窒素を作る。二酸化窒素を水と反応させて硝酸を得る。
4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O・・・(1)
2NO+O₂→2NO₂・・・(2)
3NO₂+H₂O→2HNO₃+NO・・・(3)
これは、ニ酸化窒素を単に水に溶解するのとは異なり、酸化還元反応である。ここで発生した一酸化窒素は再利用される。

オストワルト法の｢収率｣
NOは、循環して用いられるので、まず、(2)(3)式からNO₂を消去する。
(2)×3+(3)×2
4NO+3O₂+2H₂O→4HNO₃・・・(4)
(1)(4)式からNOを消去する。
(1)+(4)
4NH₃+8O₂→4HNO₃+4H₂O
NH₃+2O₂→HNO₃+H₂O
こうして、(NOの再利用が100％行われるならば)1モルのアンモニアから、1モルの硝酸が得られることがわかった。