Fabrication acide nitrique

[Cgoual]

Bonjour,

Les deux dernières questions de cet exercice me posent problème, je pense avoir plutôt bien réussi tout le reste, pouvez-vous me venir en aide s'il-vous-plaît ? merci !

La fabrication de l’acide nitrique comporte trois étapes principales, une intermédiaire et une supplémentaire.

1) La première étape consiste à injecter de l’ammoniac NH3 sous forme liquide, puis lui faire subir une
opération d’évaporation suivie d’une autre de réchauffement. Dans cet état, l’ammoniac est mélangé avec de
l’air. Après cette réaction fortement exothermique sous basse pression et à une température bien définie, on
obtient du monoxyde d’azote gazeux NO et de l’eau en vapeur H2O qui sera évacué vers la sortie.

1.1) Indiquez les matières d’entrée et de sortie impliquées dans cette étape.
entrée : ammoniac NH3 sous forme liquide et air
sortie : monoxyde d’azote gazeux NO et de l’eau en vapeur H2O
équation : 4NH3 (g) +5O2 (g) = 4NO(g) + 6H20 (g)

1.2) Écrire l’équation complète (équation équilibrée) de la réaction chimique qui se déroule dans cette étape.
équation : 4NH3 (g) +5O2 (g) = 4NO(g) + 6H20 (g)


2) Dans la deuxième étape, le dioxyde d’azote gazeux NO2 a été obtenu suite à une réaction d’oxydation du
monoxyde d’azote. La réaction se produit à haute pression et à une température bien définie.

2.1) Indiquez les matières d’entrée et de sortie impliquées dans cette étape.
entrée : monoxyde d’azote gazeux NO(g) et dioxygène gazeux O2(g)
sortie : dioxyde d’azote gazeux NO2

2.2) Écrire l’équation complète de la réaction chimique qui se déroule dans cette étape.
équation : 2NO(g) + O2(g) = 2N02(g)


3) Au cours de l’étape intermédiaire, une réaction de dimérisation qui consiste à une conversion très rapide de
NO2 en N2O4 dans le même réacteur de l’étape 2. Les deux produits sont à l’état gazeux.

3.1) Indiquez les matières d’entrée et de sortie impliquées dans cette étape.
entrée : dioxyde d'azote gazeux NO2(g)
sortie : tetraoxyde de diazote gazeux N204(g)

3.2) Écrire l’équation complète de la réaction chimique qui se déroule dans cette étape.
équation : 2NO2(g) = N2O4(g)


4) La dernière étape consiste à faite dissoudre les molécules de N2O4 à l’état liquide dans l’eau pour obtenir les
produits suivants : HNO2 (l) et HNO3 (aq). On achemine ces produits et l’eau vers un dénitreur (Le rôle de
déniteur est de séparer les produits nitrés de l’eau. Ainsi HNO2 (l) et HNO3(aq) sont versé dans des bacs
séparés.

4.1) Indiquez les matières d’entrée et de sortie impliquées dans cette étape.
entrée : molécules de N2O4 à l’état liquide et eau liquide H20(l)
sortie : HNO2 (l) et HNO3 (aq)

4.2) Écrire l’équation complète de la réaction chimique qui se déroule dans cette étape.
équation : N2O4(l) + H2O(l) = HNO2 (l) + HNO3 (aq) (H3O+ + NO3-)


5) L’étape supplémentaire de dismutation consiste à décomposer HNO2 en HNO3, NO et H2O.

5.1) Écrire l’équation complète de la réaction chimique qui se déroule dans cette étape.
équation : 3HNO2 (aq) = HNO3(aq) + 2NO (g) + H2O(l)

5.2) Selon vous, dans quels endroits sont acheminés les produits HNO3, NO et H2O ?
Besoin d'aide !


6) Et finalement, on vous demande :
6.1) d’écrire la réaction globale de fabrication de l’acide nitrique jusqu’à l’étape 4
Besoin d'aide !
Faut-il que j'additionne les quatre premières équations ?

Merci
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[moco]

Bonsoir,
Oui, il faut additionner totes ces équations.
Et, on ne comprend pas ce qu'on entend par "endroit où est acheminé HNO3". On met pas HNO3 dans un endroit. On le met dans un flacon.

[Cgoual]

En additionnant toutes les équations, j'obtiens : 4NH3(g) + 6O2(g) + N2O4(l) + H2O(l) = 2NO(g) + 6H2O(g) + N2O4(g) + HNO2(aq) + HNO3(aq), est-ce correct ?

[moco]

Bonsoir,

Tu devrais savoir toi-même que ce n'est pas correct. Une équation ne doit jamais contenir de substance qui apparaît des deux côtés de la flèche. Ici N2O4 et H2O apparaissent des deux côtés de la flèche. Il faut les faire disparaître. Et tu as oublié une équation. Il faut encore faire disparaître HNO2.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Cgoual]

En supprimant les termes, je trouve : 4NH3(g) + 6O2(g) = 2NO(g) + 5H2O(g) + HNO2(aq) + HNO3(aq)
Je pensais devoir les laisser car les états physiques étaient différents. Par contre, on demande juste l'équation globale jusqu'à l'étape 4, si je rajoute la dernière équation, j'arriverai à l'étape 5

[moco]

Bonjour,
Non. Tu dois trouver une équation qui fabrique HNO3 et seulement HNO3, donc sans formation simultanée de NO, puisque le NO sert à faire HNO3.

Il y a deux difficultés principales dans ce problème.
1) On fabrique HNO2 un à un, alors qu'on le consomme trois par trois.
2) NO est produit dans deux équations et consommé dans une seule. et il doit disparaître à la fin, puisqu'on veut une équation du genre x NH3 + y O2 --> z HNO3, avec en plus des molécules d'eau qui apparaissent soit à gauche, soit à droite.

On va essayer de te mettre sur la voie, parce que c'est un problème difficile.

Je vais numéroter les équations.
J'appelle (1) l'équation : 4 NH3 + 5 O2 --> 4 NO + 6H2O
J'appelle (2) l'équation : 2 NO + O2 --> 2 NO2
J'appelle (3) la somme des deux équations impliquant N2O4, soit : 2 NO2 + H2O --> HNO2 + HNO3
J'appelle (4) l'équation détruisant HNO2, donc : 3 HNO2 --> HNO3 + 2 NO + H2O

Tu commences par additionner (2) et (3) pour former l'équation (5) suivante, qui a l'avantage de faire disparaître NO2. Cela donne :
(5) : 2 NO + O2 + H2O --> HNO2 + HNO3

Il faut maintenant faire disparaître HNO2, en ajoutant (4) à trois fois (5). Cela donne (6) :
(6) : 6 NO + 3 O2 + 3 H2O + 3 HNO2 --> 3 HNO2 + 3 HNO3 + HNO3 + 2 NO + H2O

On réécrit cette équation (6) en supprimant les HNO2 qui apparaissent des deux côtés, et en soustrayant les NO et H2O qui apparaissent des deux cotés. Cela donne (7) :

(7) : 4 NO + 3 O2 + 2 H2O --> 4 HNO3

On est presque au bout. Il suffit de rajouter (1) à (7). Cela donne (8) :

(8) : 4 NH3 + 5 O2 + 4 NO + 3 O2 + 2 H2O --> 4 HNO3 + 4 NO + 6 H2O

ce qui se simplifie en:

4 NH3 + 8 O2 --> 4 HNO3 + 4 H2O

donc en:

NH3 + 2 O2 --> HNO3 + H2O

C'est donc beaucoup de peine pour un résultat presque trop simple !

[Cgoual]

Oh merci beaucoup pour ces bonnes explications détaillées ! Je n'aurais jamais réussi sans je pense ! Par contre, je ne sais toujours pas quoi mettre pour la question concernant l'acheminement des produits HNO3, NO et H2O, je pense qu'il faut parler de lieu où ils vont être concentrés, condensés ou séparés, mais je ne sais vraiment pas

[Cgoual]

Selon moi, l'acide nitrique est ensuite concentrée par distillation, le monoxyde d'azote est récupéré et recyclé pour d'autres utilisations et l'eau liquide peut être récupérée, épurée et utilisée pour d'autres utilisations également ou utilisée comme eau de réfrigération... ?