La urea (NH2)2CO se prepara por la reacción de amoniaco con dióxido de carbono:
2NH3(gaseoso) + CO2(gaseoso) = (NH2)2CO(acuoso) + H2O
En un proceso se hace reaccionar 637,2g de NH3 con 744g de CO2. Determine:
a) ¿Cuál de los dos reactivos es el reactivo limitante?
b) ¿ Cuál es la cantidad de gramos del reactivo en exceso?
c) Si con la masa de reactivo limite se producen experimentalmente 890g de urea, ¿Cuál es el porcentaje de rendimiento?
d) ¿Cuál es el volumen de CO2 medido en condiciones normales de presión y temperatura que debiese reaccionar con 637,2g de NH3?
Respuestas
Respuesta:
a) RL: CO2 (produce 16.90 moles de urea)
b)cantidad en exceso: 744 g - 574.6 g = 169.4 g de NH3
c) % rend. = 87.77 %
d) V CO2 = 419.06 Litros
Explicación:
La urea (NH2)2CO se prepara por la reacción de amoniaco con dióxido de carbono:
2NH3(gaseoso) + CO2(gaseoso) → (NH2)2CO(acuoso) + H2O
En un proceso se hace reaccionar 637,2g de NH3 con 744g de CO2. Determine:
a) ¿Cuál de los dos reactivos es el reactivo limitante?
Mm NH3 = 17.03 g/mol
CO2 = 44.01 g/mol
1. Calcular moles a partir de los gramos
n NH3 = 637.2/ 17.03 g/mol = 37.42 mol
n CO2 = 744 g/ 44.01 g/mol = 16.90 mol
2. calcular moles de urea a partir de los calculados
n (NH2)2CO = 37.42 mol NH3 x 1 mol (NH2)2CO = 18.71 mol
2 mol NH3
n (NH2)2CO = 16.90 mol CO2 x 1 mol (NH2)2CO = 16.90mol
1 mol CO2
3. RL: CO2 (produce 16.90 moles de urea)
b) ¿ Cuál es la cantidad de gramos del reactivo en exceso?
en exceso = NH3
g NH3 = 16.90 mol (NH2)2CO x __2 mol NH2 _ x 17 g NH3
1 mol (NH2)2CO 1 mol NH3
g NH3 = 574.6
cantidad en exceso: 744 g - 574.6 g = 169.4 g
c) Si con la masa de reactivo limite se producen experimentalmente 890g de urea, ¿Cuál es el porcentaje de rendimiento?
1. calcular gramos de urea
Mm Urea: 60.06 g/mol
g (NH2)2CO = 16.90 mol x __60.06 g __ = 1014 g
1 mol
% rend. = (890 g / 1014) g x 100
% rend. = 87.77 %
d) ¿Cuál es el volumen de CO2 medido en condiciones normales de presión y temperatura que debiese reaccionar con 637,2g de NH3?
V CO2 = 637.2 g NH3 x 1 mol NH3 x 1 mol CO2 x 22.4 L CO2
17.03 g NH3 2 mol NH3 1 mol CO2
V CO2 = 419.06 Litros
Para la producción de urea, mediante la reacción de NH₃ y CO₂, con cantidades determinadas de reactivos, se tiene que:
a) El reactivo limitante es: CO₂
b) La cantidad de reactivo en exceso es: 59,5 g NH₃
c) Rendimiento de reacción: 87,25 %
d) Volumen de CO₂ en CN que debería reaccionar con la cantidad de NH₃ disponible: 420 L
Explicación:
Ecuación química:
2 NH₃ + CO₂ → (NH₂)₂CO + H₂O
Masa molar (NH₂)₂CO = 60 g/mol
Reactivos disponibles:
637,2 g NH₃ Masa molar NH₃ = 17 g/mol moles = 637,2 / 17 = 37,5
744 g CO₂ Masa molar CO₂ = 44 g/mol moles = 744/ 44 = 17
De la ecuación química: moles NH₃ / moles CO₂ = 2 / 1 = 2
De los reactivos disponibles: moles NH₃ / moles CO₂ = 37,5 / 17 = 2,2
El reactivo limitante es el CO₂.
De la ecuación química, se tiene que: 2 moles de NH₃ reaccionan con 1 mol de CO₂. Se calcula moles de NH₃ que reaccionan con el CO₂ disponible:
17 moles CO₂ × (2 moles NH₃ / 1 mol CO₂) = 34 moles de NH₃
Cantidad de NH₃ en exceso = 37,5 moles - 34 moles = 3,5 moles NH₃
3,5 moles NH₃ × 17 g/mol = 59,5 g NH₃
La cantidad de reactivo en exceso que no reacciona es: 59,5 gramos NH₃
De la ecuación química, tenemos que:
A partir de 1 mol CO₂ se produce 1 mol de urea, entonces a partir de 17 moles de CO₂ deberían producirse 17 moles de urea que equivalen a:
17 moles × 60 g / mol = 1020 gramos de urea.
Se deberían producir 1020 gramos de urea y se producen 890 gramos. Se calcula el rendimiento de la reacción:
Rendimiento de reacción = ( 890 g/ 1020 g) × 100 = 87,25 %
De la ecuación química, se tiene que: 2 moles de NH₃ reaccionan con 1 mol de CO₂. Se calcula moles de CO₂ requeridos para reaccionar con el NH₃ disponible:
37,5 moles de NH₃ × (1 mol CO₂ / 2 moles NH₃) = 18,75 moles CO₂
En CN, 1 mol de gas ideal ocupa un volumen de 22,4 L. Se calcula el volumen que ocupan 18,75 moles CO₂:
18,75 moles CO₂ × ( 22,4 L / 1 mol ) = 420 L CO₂
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