El nitrógeno reaccióna con el hidrógeno para producir amoniaco. los reactivos y los productos están en estado gaseoso . En un recipiente que contiene 100 gramos de nitrógeno y 100 gramos de hidrógeno se produce la reacción química anterior.
a) indica el reactivo limitante y calcula los gramos de reactivo en exceso.
b)calcula el volumen de amoniaco que se produce medido a 720 mm de Hg y 22 °C.
Respuestas
El primer paso es plantear y balancear la reacción:
N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃
Se observa que 1 mol de nitrógeno reacciona con 3 moles de hidrógeno y dan 2 moles de amoniaco. En masa, 28 gramos de N₂ reaccionan con 6 g de H₂ y se obtienen 34 g de NH₃.
Si se tienen 100 gramos de cada uno, el N₂ es el reactivo limitante (se halla en menor proporción) y por lo tanto determinará cuánto H₂ reacciona y cuánto NH₃ se forma.
a) Si 28 g de N₂ reaccionan con 6 g de H₂, 100 g de N₂ reaccionaran con x g de H₂:
x = 100 . 6 / 28 = 21,43
Reaccionan 21,43 g de H₂.
Exceso H₂ = 100 g - 21,43 g = 78,57 g
b)
Para determinar el volumen de NH₃ que se produce se debe determinar cuantos moles se forman a partir de los 100 gramos de N₂.
Según el balance de masa planteado:
28 g de N₂ dan 34 g de NH₃ por lo que a partir de 100 g de N₂ se obtendrán x gramos de NH₃:
x = 100 . 34 / 28 = 121,42 g
moles = n = 121,43 g / 17 g/mol = 7,14 mol
Para hallar el volumen utilizamos la ecuación general de los gases:
V = n . R . T / P
V = (7,14 mol x 0,082 l.atm/°K.mol x 295 °K) / 0,95 atm
V= 181,81 l
Se producen 181,81 litros de NH₃
En base a la reacción de Nitrógeno e Hidrógeno, para la obtención de Amoníaco, se determina:
a) El reactivo limitante es el Nitrógeno y se tienen 78,58 gramos de reactivo en exceso (Hidrógeno que no reacciona).
b) El volumen de Amoniaco producido, en las condiciones indicadas, es de 182,3 L.
Explicación:
La reacción para obtención de Amoníaco, se representa por la ecuación química:
N₂(g) + 3 H₂(g) → 2 NH₃(g)
Reactivos disponibles:
100 g de N₂ (masa molar = 28 g/mol) moles = 100 / 28 = 3,57
100 g de H₂ (masa molar = 2 g/mol) moles = 100 / 2 = 50
De la ecuación química: moles H₂/ moles N₂ = 3 / 1 = 3
De los reactivos disponibles: moles H₂/ moles N₂ = 50 / 3,57 = 14
El Reactivo Limitante es: Nitrógeno
De la ecuación química se tiene que:
1 mol de N₂ reacciona con 3 moles de H₂
3,57 moles N₂ × 3 moles de H₂/ 1 mol de N₂ = 10,71 moles H₂
Cantidad reactivo en exceso = 50 moles - 10,71 moles = 39,29 moles H₂
39,29 moles H₂ × 2 g / mol = 78,58 g H₂
La cantidad de Hidrógeno que no reacciona es 78,58 gramos.
A partir de 1 mol de Nitrógeno, se obtienen 2 moles de Amoníaco, entonces calculamos moles de Amoniaco que se producen a partir de 3,57 moles de Nitrógeno:
3,57 mol N₂ × (2 mol NH₃ / 1 mol N₂) = 7,14 mol NH₃
Con los moles de Amoniaco producidos, se calcula el volumen a las condiciones de 720 mm Hg y 22 °C, usando la ecuación de estado de gases ideales:
P = 720 mm Hg × 1 atm / 760 mm Hg = 0,95 atm
T = 22 + 273 = 295 K
P . V = n . R . T
V = n . R . T / P
V = 7,14 mol × 0,082 atm.L/K.mol × 295 K / 0,95 atm
V = 182,3 L
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