PAU Química 2011 · Juny · Sèrie 4 · Exercici 1

1. Un dels problemes que van tenir els químics del segle passat fou la manera d’acon- seguir algun compost de nitrogen a partir del nitrogen atmosfèric, ja que el nitro- gen és un element imprescindible en la fabricació d’adobs i explosius. Va trobar-ne la resposta el químic alemany Fritz Haber, qui va dissenyar un procés per a obtenir amoníac a partir del nitrogen de l’aire, en què s’esdevé la reacció següent: N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) Kc (a 375°C)=1,2 En un matràs de 3,0L, a 375°C, introduïm 9,0 mol de nitrogen, 6,0 mol d’hi- drogen i 12,0 mol d’amoníac. a) Justifiqueu per què el sistema no està en equilibri i expliqueu raonadament cap on es desplaçarà la reacció. [1 punt] b) Una vegada assolit l’equilibri, obtindrem més amoníac si disminuïm el volum del recipient? I si hi afegim un catalitzador? Justifiqueu les respostes. [1 punt]

Pregunta 1 a) N2(g) + 3 H2(g) ' 2 NH3(g) b) Mols inicial 9,0 6,0 12,0 Calculem les concentracions inicials de tots els compostos: [N2]o = 9,0 mol / 3,0 L = 3,0 M [H2]o = 6,0 mol / 3,0 L = 2,0 M [NH3]0 = 12,0 mols / 3,0 L = 4,0 M [0,2 p] La constant d’equilibri (Kc) té la següent expressió: Kc = [NH3]2 / ([H2]3 · [N2]) Per tant el valor de Q, amb les concentracions inicials, es calcularà: 2 / ([H2]o 3 · [N2]o) Q = [NH3]0 [0,1 p] Q = (4,02) / [(2,03) · (3,0] Q = 0,67 [0,2 p] Pel fet que Q és diferent de Kc ⇒ la reacció no està en equilibri [0,2p] En obtenir un valor de Q (0,50) més petit que Kc (1,2) la reacció es desplaçarà cap a la dreta per produir més amoníac i augmentar el numerador de Q fins que s’assoleixi l’equilibri (Q = Kc). [0,3 p] c) En disminuir el volum del recipient, augmenta la pressió en el seu interior. En augmentar la pressió la reacció és desplaçarà cap a on hi ha menys mols de gasos per tornar a una nova situació d’equilibri. [0,2 p] Mols de gasos reactius = 1 + 3 = […]