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Synthèse de l’ammoniac

LycéeChimieÉquilibre isobare de l’ammoniac dans un gaz parfait, basé sur une enthalpie et une entropie standard constantes, avec une cinétique de relaxation illustrative

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À propos de cette expérience

Explorez le compromis entre le rendement d’équilibre de l’ammoniac et la vitesse à laquelle cet équilibre est atteint. Modifiez la pression, la température et le rapport d’alimentation, puis comparez ce que change l’ajout d’un catalyseur et ce qu’il laisse inchangé.

Objectifs pédagogiques

  • Reliez la pression à la diminution du nombre total de moles gazeuses lors de la synthèse de l’ammoniac.
  • Distinguez la conversion à l’équilibre de la conversion atteinte en un temps fini.
  • Distinguez l’effet d’un catalyseur sur la vitesse de réaction d’un déplacement de l’équilibre.

Comment l’utiliser

  1. 1Lancez le réacteur avec les paramètres par défaut et comparez la conversion réelle à la conversion à l’équilibre.
  2. 2Augmentez la pression en conservant la même température et le même rapport d’alimentation.
  3. 3Abaissez la température et comparez le rendement d’équilibre plus élevé à l’approche plus lente de l’équilibre.
  4. 4Ajoutez le catalyseur et vérifiez que la conversion à l’équilibre reste inchangée, tandis que la production en un temps fini s’accélère.

Le modèle

L’approximation d’enthalpie et d’entropie constantes détermine l’équilibre.
L’avancement à l’équilibre satisfait la relation Q p égal à K p à la pression totale choisie.
Le modèle de relaxation distinct illustre l’approche en un temps fini sans prétendre décrire en détail la cinétique de la réaction.

Hypothèses

  • L’alimentation contient une mole de N₂ et le rapport H₂/N₂ sélectionné, sans ammoniac au départ. La pression est maintenue constante dans un modèle de gaz idéal.
  • Une enthalpie standard constante de moins 92,22 kilojoules et une entropie standard constante de moins 198,75 joules par kelvin permettent d’approcher la constante d’équilibre de la réaction telle qu’elle est écrite. Les variations de capacité thermique et la non-idéalité des gaz sont omises.
  • Une relaxation exponentielle phénoménologique tend vers l’avancement à l’équilibre calculé. Son échelle de vitesse de type Arrhenius est illustrative, et le catalyseur la multiplie par huit.
  • L’appareil n’est ni un réacteur industriel ni un modèle de conception de sécurité. Les échantillons de molécules illustrent la composition ; les quantités numériques conservent exactement les atomes d’azote et d’hydrogène.

À essayer en classe

  1. Q1Pourquoi une pression plus élevée favorise-t-elle l’ammoniac dans ce modèle de gaz parfaits ?
  2. Q2Pourquoi un catalyseur peut-il améliorer la conversion en un temps fini tout en laissant inchangée la limite d’équilibre ?

Foire aux questions

Les rendements affichés sont-ils des prévisions industrielles précises ?

Non. Les approximations du gaz parfait et des propriétés thermodynamiques constantes mettent en évidence les tendances et omettent d’importants effets de haute pression et de capacité thermique.

Le catalyseur modifie-t-il la constante d’équilibre thermodynamique ?

Non. Il modifie uniquement la vitesse de relaxation à titre illustratif et laisse inchangée l’avancée à l’équilibre calculée.