Problema 2 · Química Selectividad Cataluña Setembre Serie 3 2022

2. L'amoníac té moltes aplicacions tant domèstiques com industrials, entre les quals una de les més esteses és la fabricació d'adobs. L'obtenció d'amoníac per mitjà de l'anomenat mètode de Haber-Bosch fou el primer procés químic industrial a utilitzar l'alta pressió per a una reacció química. L'amoníac s'obté en la reacció directa entre els gasos nitrogen i hidrogen a pressions extremament altes (entre $200$ i $400\ \mathrm{atm}$) i a temperatures d'entre $200\text{ i }600\ \mathrm{°C}$.

$$\mathrm{N_2(g) + 3\,H_2(g) \rightleftharpoons 2\,NH_3(g)}\quad \Delta H^\circ (\mathrm{298\ K}) < 0$$

a)

En un reactor de $25,0\ \mathrm{L}$ a $440\ \mathrm{°C}$ s'introdueixen $5,0\ \mathrm{mol}$ d'hidrogen i $2,0\ \mathrm{mol}$ de nitrogen. Quan el sistema arriba a l'equilibri s'obtenen $50,0\ \mathrm{g}$ d'amoníac. Calculeu els valors de la constant d'equilibri en concentracions ($K_c$) i la constant d'equilibri en pressions ($K_p$) a aquesta temperatura.

b)

Per a aconseguir el màxim rendiment en l'obtenció d'amoníac, el procés de Haber-Bosch es realitza a pressió elevada i es va eliminant l'amoníac del reactor a mesura que s'obté. Justifiqueu per què es realitzen aquestes dues operacions. Com afectarà un increment de temperatura al rendiment de la reacció i a la constant d'equilibri en concentracions ($K_c$)?