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Síntesis de amoníaco

Educación secundaria superiorQuímicaEquilibrio isobárico del amoníaco en un gas ideal, basado en entalpía y entropía estándar constantes, con cinética de relajación ilustrativa

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Acerca de este experimento

Explore la disyuntiva entre el rendimiento de equilibrio del amoníaco y la rapidez con que se alcanza. Cambie la presión, la temperatura y la proporción de alimentación; después, compare qué cambia al añadir un catalizador y qué permanece igual.

Objetivos de aprendizaje

  • Relacione la presión con la reducción del número total de moles gaseosos durante la síntesis de amoníaco.
  • Distinga entre la conversión de equilibrio y la conversión alcanzada en un tiempo finito.
  • Distinga el efecto de un catalizador sobre la velocidad de reacción de un desplazamiento del equilibrio.

Cómo usarlo

  1. 1Ponga en marcha el reactor con los valores predeterminados y compare la conversión real con la de equilibrio.
  2. 2Aumente la presión manteniendo la misma temperatura y proporción de alimentación.
  3. 3Baje la temperatura y compare el mayor rendimiento de equilibrio con la aproximación más lenta al equilibrio.
  4. 4Añada el catalizador y compruebe que la conversión de equilibrio no cambia, mientras que la producción en un tiempo finito se acelera.

El modelo

La aproximación de entalpía y entropía constantes determina el equilibrio.
El avance de equilibrio satisface Q p igual a K p a la presión total seleccionada.
El modelo de relajación independiente ilustra la aproximación en un tiempo finito sin pretender describir la cinética detallada de la reacción.

Supuestos

  • La alimentación contiene un mol de N₂ y la proporción H₂/N₂ seleccionada, sin amoníaco inicial. La presión se mantiene constante en un modelo de gas ideal.
  • Una entalpía estándar constante de menos 92,22 kilojulios y una entropía estándar constante de menos 198,75 julios por kelvin aproximan la constante de equilibrio de la reacción tal como está escrita. Se omiten los cambios en la capacidad calorífica y la no idealidad de los gases.
  • Una relajación exponencial fenomenológica se aproxima al avance de equilibrio calculado. Su escala de velocidad de tipo Arrhenius es ilustrativa, y el catalizador la multiplica por ocho.
  • El aparato no es un reactor industrial ni un modelo de diseño de seguridad. Las muestras moleculares ilustran la composición; los inventarios numéricos conservan exactamente los átomos de nitrógeno e hidrógeno.

Pruébalo en clase

  1. Q1¿Por qué una presión más alta favorece el amoníaco en este modelo de gas ideal?
  2. Q2¿Por qué un catalizador puede mejorar la conversión en un tiempo finito sin modificar el límite de equilibrio?

Preguntas frecuentes

¿Son los rendimientos mostrados predicciones industriales precisas?

No. Las aproximaciones de gas ideal y de propiedades termodinámicas constantes aíslan las tendencias y omiten importantes efectos de alta presión y de capacidad calorífica.

¿El catalizador altera la constante de equilibrio termodinámico?

No. Solo cambia la velocidad de relajación ilustrativa y no modifica el avance de equilibrio calculado.