Pregunta 4 · Química PAU Castilla-La Mancha Ordinaria 2025

Pregunta 4 [2,5 puntos]

La empresa AgroFer S.A. busca optimizar la producción de amoníaco ($\mathrm{NH_3}$) mediante el proceso Haber-Bosch, clave en la fabricación de fertilizantes. Dado su alto consumo energético, pequeñas mejoras pueden tener gran impacto económico y ambiental. Este proceso combina nitrógeno del aire ($\mathrm{N_2}$) y gas hidrógeno ($\mathrm{H_2}$) a alta presión y temperatura, dando lugar a amoníaco ($\mathrm{NH_3}$), un compuesto fundamental para la producción de fertilizantes que permiten mejorar los rendimientos agrícolas.

Como parte del equipo técnico, ¿podría analizar cómo afectan distintas condiciones al rendimiento de la síntesis de amoníaco ($\mathrm{NH_3}$) para proponer soluciones eficientes y sostenibles?. En la planta piloto se introduce una mezcla de gases en un reactor de $10\ \mathrm{L}$ a $400\,^\circ\mathrm{C}$ con las cantidades de $1\ \mathrm{mol}$ de nitrógeno ($\mathrm{N_2}$) y $3\ \mathrm{moles}$ de hidrógeno ($\mathrm{H_2}$) como cantidades iniciales. Cuando se alcanza el equilibrio, se ha formado $1\ \mathrm{mol}$ de $\mathrm{NH_3\ (g)}$ y se ha observado que la entalpía obtenida ($\Delta H$) en la reacción es de $-92\ \mathrm{kJ/mol}$.

Dato:

$R = 0{,}082\ \mathrm{atm\cdot L/(mol\cdot K)}$

a)

[0,5 puntos] Formular la reacción de síntesis del amoníaco según los datos que indica el enunciado y ajustarla.

b)

[1 punto] Determinar el valor de las constantes de equilibrio $K_c$ y $K_p$ a $400\,^\circ\mathrm{C}$.

c)

[1 punto] Explicar cómo se vería afectado el equilibrio si se aumentara la presión del sistema, manteniendo la temperatura constante. Y analizar qué ocurriría si se eleva la temperatura del proceso.