PAU Química 2025 · Juny · Sèrie 1 · Exercici 2

Exercici 2 L’amoníac verd no s’obté a partir de les plantes. Per a produir-lo cal aconseguir primer hidrogen verd mitjançant un procés d’electròlisi de l’aigua amb energia elèctrica generada a par- tir de fonts renovables. Posteriorment, l’hidrogen reacciona amb nitrogen atmosfèric a través d’un procés conegut com a síntesi de Haber-Bosch, que permet l’obtenció d’amoníac en presèn- cia d’un catalitzador. Aquest procés no és econòmic per les condicions de pressió i temperatura que requereix i l’ús de catalitzadors. En un reactor d’acer d’una planta pilot s’introdueix una barreja de nitrogen atmosfèric i hidrogen verd i s’escalfa a 1 000 K, fins que s’assoleix l’equilibri. N2(g) + 3 H2(g) ⇄ 2 NH3(g) ∆H < 0 a) S’analitza el contingut de la mescla. Els resultats obtinguts es mostren a la taula següent: Substància Concentració en l’equilibri (mol L–1) N2(g) 0,142 H2(g) 1,84 NH3(g) 0,36 Escriviu l’expressió de la constant d’equilibri en concentracions (Kc) de la reacció i calculeu el seu valor a 1 000 K. Calculeu també el valor de la constant d’equilibri Kp a 1 000 K. [1,25 punts] b) Responeu raonadament a les preguntes següents: — Per a obtenir un major rendiment de la reacció, és millor dur a terme la reacció a pressions altes o baixes? — El rendiment augmenta a temperatures altes o baixes? — Segons el model cinètic de coŀlisions, la reacció es produiria a més velocitat a tempe- ratures altes o baixes? [1,25 punts] Dades: Constant universal dels gasos ideals: R = 0,082 atm L K–1 mol–1.

Exercici 2a Càlcul de la constant d’equilibri en concentracions, Kc N2(g) + 3 H2(g) ⇄ 2 NH3(g) La constant d’equilibri (Kc) a 1000 K és: [𝑁𝐻3]2 𝐾𝑐= [𝑁2 ][𝐻2]3 [0,25 p.] Substituint els valors de les concentracions en l’equilibri en l’equació de la Kc s’obté: [𝑁𝐻3]2 (0,36)2 (0,142)·(1,84)3 = 0,1465 𝐾𝑐= [𝑁2 ][𝐻2]3 =  Kc = 𝟎, 𝟏𝟒𝟔𝟓 [0,40 p.] Càlcul de la constant d’equilibri en pressions, Kp Relació entre Kc i Kp 𝐾𝑝= 𝐾𝑐(𝑅𝑇)∆𝑛 [0,25 p.] R: constant universal dels gasos ideals T: temperatura en K Δn: increment del nombre de mols de gasos al passar de reactius i productes Càlcul Kp (pressions expressades en atmosferes) 𝑎𝑡𝑚 𝐿 Δn = Σ n productes – Σ n reactius = 2 – 4 = - 2 i RT = 0,082 𝐾 𝑚𝑜𝑙 𝑥 1000 𝐾 −2 𝐾𝑝= 𝐾𝑐(𝑅𝑇)∆𝑛= 0,1465 (0,082 𝑎𝑡𝑚· 𝐿 = 2,179 𝑥 10−5 𝐾· 𝑚𝑜𝑙 𝑥 1000 𝐾)  Kp = 𝟐, 𝟏𝟕𝟗 𝒙 𝟏𝟎−𝟓 [0,35 p.] Exercici 2b Efecte de la pressió en el rendiment Com que el nombre de mols disminueix, Δn =  mols productes -  mols reactius = - 2, les altes pressions afavoreixen el costat on la suma dels coef […]