PAU Química 2020 · Setembre · Sèrie 4 · Exercici 6

6. En la fabricació de l’àcid nítric a partir de l’amoníac, en primer lloc cal oxidar catalítica­ 4 NH3(g) + 5 O2(g) ⇄ 4 NO (g) + 6 H2O(g)  ΔS° (a 25 °C) = 180,5 J · K–1 ment aquest compost segons la reacció següent: El procés industrial seguit, que permet obtenir valors alts de rendiment i de velocitat de reacció, consisteix a barrejar amoníac vaporitzat i filtrat amb un corrent d’aire filtrat i comprimit. Posteriorment, la mescla amoníac-aire es posa en contacte amb una malla que conté platí i rodi que es troba a 900 °C de temperatura, on es produeix la reacció química. a) Calculeu la variació d’entalpia estàndard de la reacció a 25 °C. Justifiqueu si l’esponta­ neïtat d’aquesta reacció depèn o no de la temperatura. [1,25 punts] b) Digueu amb quines unitats s’expressa la velocitat de reacció i justifiqueu la resposta. Expliqueu quina és la funció de la malla de platí i rodi en la reacció anterior i raoneu si la malla modifica el valor de l’entalpia estàndard de la reacció. [1,25 punts] Dades:  Entalpies estàndard de formació a 25 °C: ΔHf° (H2O, g) = –241,8 kJ · mol–1; ΔHf° (NH3, g) = –46,1 kJ · mol–1; ΔHf° (NO, g) = +90,3 kJ · mol–1. Nota:  Suposeu que l’entalpia i l’entropia estàndard de la reacció no varien amb la tem­ peratura.

Calcular la variació d’entalpia estàndard de la reacció 4 NH3(g) + 5 O2(g) ⇄ 4 NO (g) + 6 H2O(g) Relacionem l’entalpia de la reacció amb l’entalpia de formació de reactius i productes: ΔHo reacció = ( np ΔHof, productes) – ( nr ΔHof, reactius) [0,25 p] ΔHºreacció = [4 x ΔHºf (NO) + 6 x ΔHºf (H2O)] − [4 x ΔHºf (NH3)] ΔHºreacció = [(4 x 90,3) + (6x (−241,8))] – [4 x (−46,1)]  ΔHºreacció = −905,2 kJ (o −905,2 kJ/mol) [0,4 p] Justificar si l’espontaneïtat d’aquesta reacció depèn o no de la temperatura L’espontaneïtat, a p i T constant, depèn de l’energia lliure de la reacció, ΔGº. ΔGº = ΔHº - T ΔSº [0,25 p] Si ΔGº < 0  la reacció és espontània [0,1 p] Dades de la reacció: ΔHºreacció < 0 (−905,2 kJ ) ΔSºreacció > 0 (180,5 J/K) Per a calcular ΔGº: 1r. terme: ΔHºreacció és negatiu. 2n. terme: - T ΔSº també és sempre negatiu ja que T > 0 (en Kelvin) i ΔSºreacció > 0  per a qualsevol temperatura tenim: ΔGº < 0  l’espontaneïtat d’aquesta reacció no depèn de la temperatura [0,25 p] Pregunta […]