Для осуществления указанного превращения необходимо провести ряд химических реакций. Давайте разберем каждое из преобразований поэтапно:
N₂ → NH₃ (Аммиак):
Для получения аммиака из азота используется процесс Габера-Боша, который включает синтез аммиака из азота (N₂) и водорода (H₂) под высоким давлением и температурой в присутствии катализатора (обычно железа с добавками).
[
\text{N}_2 + 3\text{H}_2 \rightarrow 2\text{NH}_3
]
NH₃ → NO (Оксид азота (II)):
Аммиак окисляется до оксида азота (II) в процессе каталитического окисления, который используется в производстве азотной кислоты. Этот процесс обычно происходит в присутствии платинового катализатора при высокой температуре.
[
4\text{NH}_3 + 5\text{O}_2 \rightarrow 4\text{NO} + 6\text{H}_2\text{O}
]
NO → NO₂ (Диоксид азота):
Оксид азота (II) далее окисляется до диоксида азота при контакте с кислородом воздуха.
[
2\text{NO} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{NO}_2
]
NO₂ → HNO₃ (Азотная кислота):
Диоксид азота поглощается водой, что ведет к образованию азотной кислоты. Это часть процесса Остальда, используемого для промышленного получения азотной кислоты.
[
4\text{NO}_2 + 2\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2 \rightarrow 4\text{HNO}_3
]
HNO₃ → Cu(NO₃)₂ (Нитрат меди (II)):
Азотная кислота реагирует с медью, образуя нитрат меди (II) и выделяя оксиды азота.
[
\text{Cu} + 4\text{HNO}_3 \rightarrow \text{Cu(NO}_3\text{)}_2 + 2\text{NO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}
]
Cu(NO₃)₂ → NaNO₃ (Нитрат натрия):
Для превращения нитрата меди (II) в нитрат натрия можно использовать реакцию обмена с карбонатом натрия (или другим соединением натрия).
[
\text{Cu(NO}_3\text{)}_2 + \text{Na}_2\text{CO}_3 \rightarrow 2\text{NaNO}_3 + \text{CuCO}_3
]
NaNO₃ → HNO₃ (Азотная кислота):
Для получения азотной кислоты из нитрата натрия можно использовать серную кислоту. Это лабораторный метод получения азотной кислоты.
[
\text{NaNO}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{HNO}_3 + \text{NaHSO}_4
]
Каждое из этих преобразований требует точных условий, таких как температура, давление и катализаторы, чтобы реакции протекали эффективно и с высокой степенью выхода продукта.