Question

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?

Answer 1

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)