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Sintesi dell’ammoniaca

Scuola secondaria di secondo gradoChimicaEquilibrio isobaro dell’ammoniaca in un gas ideale, basato su entalpia ed entropia standard costanti, con cinetica di rilassamento illustrativa

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Informazioni su questo esperimento

Esplora il compromesso tra la resa di equilibrio dell’ammoniaca e la velocità con cui la si raggiunge. Modifica pressione, temperatura e rapporto di alimentazione, poi confronta cosa cambia aggiungendo un catalizzatore e cosa rimane invariato.

Obiettivi di apprendimento

  • Metti in relazione la pressione con la riduzione del numero totale di moli gassose durante la sintesi dell’ammoniaca.
  • Distingui la conversione all’equilibrio dalla conversione raggiunta in un tempo finito.
  • Distingui l’effetto di un catalizzatore sulla velocità di reazione da uno spostamento dell’equilibrio.

Come si usa

  1. 1Avvia il reattore con le impostazioni predefinite e confronta la conversione effettiva con quella all’equilibrio.
  2. 2Aumenta la pressione mantenendo la stessa temperatura e lo stesso rapporto di alimentazione.
  3. 3Abbassa la temperatura e confronta la resa di equilibrio più elevata con il raggiungimento più lento dell’equilibrio.
  4. 4Aggiungi il catalizzatore e verifica che la conversione all’equilibrio rimanga invariata, mentre la produzione in un tempo finito diventa più rapida.

Il modello

L’approssimazione a entalpia ed entropia costanti determina l’equilibrio.
L’avanzamento di equilibrio soddisfa la relazione Q p uguale a K p alla pressione totale selezionata.
Il modello di rilassamento separato illustra l’avvicinamento in un tempo finito senza pretendere di descrivere in dettaglio la cinetica della reazione.

Ipotesi

  • L’alimentazione contiene una mole di N₂ e il rapporto H₂/N₂ selezionato, senza ammoniaca iniziale. La pressione viene mantenuta costante in un modello di gas ideale.
  • Un’entalpia standard costante di meno 92,22 kilojoule e un’entropia standard costante di meno 198,75 joule per kelvin approssimano la costante di equilibrio della reazione così come è scritta. Si trascurano le variazioni di capacità termica e la non idealità dei gas.
  • Un rilassamento esponenziale fenomenologico tende all’avanzamento di equilibrio calcolato. La sua scala di velocità di tipo Arrhenius è illustrativa e il catalizzatore la moltiplica per otto.
  • L’apparato non è né un reattore industriale né un modello di progettazione per la sicurezza. I campioni molecolari illustrano la composizione; le quantità numeriche conservano esattamente gli atomi di azoto e idrogeno.

Provalo in classe

  1. Q1Perché una pressione più elevata favorisce l’ammoniaca in questo modello di gas ideale?
  2. Q2Perché un catalizzatore può migliorare la conversione in un tempo finito lasciando invariato il limite di equilibrio?

Domande frequenti

Le rese visualizzate sono previsioni industriali precise?

No. Le approssimazioni del gas ideale e delle proprietà termodinamiche costanti isolano le tendenze e tralasciano importanti effetti dell’alta pressione e della capacità termica.

Il catalizzatore altera la costante di equilibrio termodinamico?

No. Modifica solo la velocità di rilassamento a scopo illustrativo e lascia invariata l’estensione dell’equilibrio calcolata.