PAU Química 2015 · Setembre · Sèrie 5 · Exercici 6

6. El monòxid de nitrogen és un contaminant que es genera, a vegades, com a subproducte en un reactor químic. Una manera d’eliminar-lo consisteix a fer-lo reaccionar amb hidro­ gen segons l’equació següent: 2 NO(g) + 2 H2(g) ⇄ N2(g) + 2 H2O(g)    DH < 0 a) Introduïm 1,0 mol de monòxid de nitrogen i 1,0 mol d’hidrogen en un recipient de 10 L i l’escalfem fins a una temperatura de 800 K. Quan la reacció assoleix l’equilibri, comprovem que la mescla conté 0,3 mol de nitrogen, a més de monòxid de nitrogen, hidrogen i aigua. Calculeu les concentracions dels quatre gasos en l’equilibri i la cons­ tant d’equilibri en concentracions, Kc, a 800 K. [1 punt] b) L’objectiu d’una empresa química és eliminar el monòxid de nitrogen produït en un reactor mitjançant la reacció descrita amb hidrogen. És millor que faci aquesta reacció a temperatura alta o baixa? És millor que la faci a pressió alta o baixa? Justifiqueu les respostes. [1 punt]

Pregunta 6a 2 NO(g) + 2 H2(g)  N2(g) + 2 H2O(g) H < 0 Reacció: Inicial 1,0 1,0 Equilibri 1,0 – 2x 1,0 – 2x x 2x [0,2 p] Dades en equilibri: mol de N2 = 0,3  x = 0,3 Mols en equilibri: n (NO) = 1,0 – 2x = 1,0 – (2 x 0,3) = 0,4 n (H2) = 1,0 – 2x = 1,0 – (2 x 0,3) = 0,4 n (N2) = x = 0,3 n (H2O) = 2x = 2 x 0,3 = 0,6 Concentracions en equilibri: Volum =10 L  [NO] = 0,04 M [NO] = 0,4 / 10  [H2] = 0,04 M [H2] = 0,4 / 10  [N2] = 0,03 M [N2] = 0,3 / 10  [H2O] = 0,06 M [H2O] = 0,6 / 10 [0,4 p] Constant d’equilibri en concentracions: Kc = ([N2] [H2O]2) / ([NO]2 [H2]2) [0,2 p] Substituïm: Kc = [(0,03) x (0,06)2] / [(0,04)2 (0,04)2]  Kc = 42,2 [0,2 p]  Es penalitzarà 0,1 punts, si expressen la constant d’equilibri amb unitats. Pregunta 6b H < 0 Reacció: 2 NO(g) + 2 H2(g)  N2(g) + 2 H2O(g) Si volem eliminar el NO generat en un reactor químic mitjançant la reacció amb H2 (segons la reacció anterior), hem de cercar unes condicions que desplacin al màxim l’equilibri químic d’aquesta reacció […]