2.- a.- Si se hicieran reaccionar 4.50 litros de N2 con 4.50 litros de H2, ambos a
140°C y 720 torr, ¿qué volumen de amoniaco gaseoso NH3 se produciría a
140°C y 720 torr?
b.- Si se hicieran reaccionar con 4.50 litros de N2 a 140°C y 720 torr con 4.50
litros de H2 a 280°C y 1440 torr ¿Qué volumen ocuparía el amoniaco gaseoso
NH3 producido a 140°C y 720 torr?
Respuestas
Se tiene un volumen definido de N₂ y H₂ , en condiciones dadas de presión y temperatura y se pide calcular volumen de amoniaco gaseoso producido en dos situaciones diferentes. Se realizaron los cálculos usando la ecuación de estado de gases ideales y se obtuvieron los resultados siguientes:
a) Volumen de NH₃ que se produciría = 3 litros
b) Volumen de NH₃ que se produciría = 4,45 litros
a ) Reaccionan 4,5 litros de N₂ y 4,5 litros de H₂ ( a 140 °C y 720 torr)
La ecuación química es: N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃ (1)
Calculamos el número de moles de cada gas, conociendo presión, volumen y temperatura, usando la ecuación de estado de gases ideales:
P . V = n. R. T (2) Despejando n = número de moles = (P . V) / ( R. T ) (3)
P = 720 torr × 1 atm / 760 torr = 0,95 atm
T = 140 + 273 = 413 K
R = constante universal de los gases ideales = 0,082 atm . L / K . mol
n° de moles N₂ = (0,95 atm × 4,5 L ) / (0,082 atm . L / K . mol × 413 K)
n° de moles N₂ = ( 4,275 / 33,87 ) = 0,126 mol
Dado que el volumen de H₂ es igual que el de N₂, a las mismas condiciones de P y T, el número de moles es igual (n° de moles H₂ = 0,126)
De la ecuación (1), tenemos que:
3 moles H₂ -------- 2 moles NH₃
0,126 mol H₂ ------- X
X = (2 mol NH₃ x 0,126 mol H₂ ) / 3 mol H₂ = 0,084 mol NH₃
Despejando V en la ecuación (2) calculamos el volumen de NH₃ que se produciría:
V = n. R. T / P (4)
V = ( 0,084 mol × 0,082 atm. L / K . mol × 413 K) / 0,95 atm
V = volumen de NH₃ que se produciría = 3 L
b.) 4,5 litros de N₂ a 140 °C y 720 torr sabemos que tienen un número de moles de 0,126 (calculado en a.) )
Reacciona con 4,5 litros de H₂ a 280 °C y 1440 torr.
Calculamos el número de moles de H₂ a las condiciones dadas, usando la ecuación (3) :
P = 1440 torr × 1 atm / 760 torr = 1,89 atm
T = 280 °C = 280 + 273 = 553 K
n° de moles H₂ = (1,89 atm × 4,5 L ) / (0,082 atm . L / K . mol × 553 K)
n° de moles H₂ = 8,505 / 45,346 = 0,187 mol H₂
Calcularemos número de moles de NH₃ que se produciría:
3 moles H₂ -------- 2 moles NH₃
0,187 mol H₂ ------- X
X = (2 mol NH₃ x 0,187 mol H₂ ) / 3 mol H₂ = 0,125 mol NH₃
Usando la ecuación (4) calculamos el volumen del NH₃ que se produciría ( a 140 °C y 720 torr)
T = 140 °C = 413 K
P = 720 torr = 0,95 atm
V = ( 0,125 mol × 0,082 atm. L / K . mol × 413 K) / 0,95 atm
V = 4,45 litros (volumen que ocuparía el NH₃ producido)