Условие задачи

Сульфат аммония наряду с аммиачной селитрой является важным азотным удобрением. Предложите метод его получения из азота.

Решение

Дисциплина: химическая технология (синтез неорганических соединений).

Рассмотрим подробное решение задачи. Нам необходимо получить сульфат аммония (формула: (NH₄)₂SO₄) исходя из азота. Для этого основная идея состоит в следующем:

1. Превратить атмосферный азот (N₂) в аммиак (NH₃) методом Габера–Боша.
2. Реагировать полученный аммиак с серной кислотой (H₂SO₄) с образованием сульфата аммония.

Пошаговое описание процесса:

Шаг 1. Получение аммиака из азота
Основное уравнение реакции Габера–Боша выглядит так:

N₂ + 3H₂ ⟶ 2NH₃

При этом под высокими давлением (примерно 150–300 атмосфер) и температурой (около 400–500 °C) с использованием железного катализатора (с добавками калия и других элементов) достигается эффективное превращение азота и водорода в аммиак. Водород, как правило, получают из природного газа или других углеводородов.

Шаг 2. Получение сульфата аммония
Аммиак, полученный на первом шаге, реагирует с серной кислотой по уравнению:

2NH₃ + H₂SO₄ ⟶ (NH₄)₂SO₄

Эта реакция идет довольно быстро и практически полностью при смешивании аммиака с разбавленным или концентрированным раствором серной кислоты. В результате образуется кристаллический сульфат аммония, который затем можно отделить и использовать в качестве азотного удобрения.

Таким образом, метод получения сульфата аммония из азота состоит из двух этапов: сначала синтез аммиака по методу Габера–Боша, затем нейтрализация аммиака серной кислотой с получением сульфата аммония. Это и есть промышленно применяемая схема производства азотных удобрений, где сульфат аммония и аммиачная селитра занимают важное место.