Question

A 270°C, se mezclan 1 mol de N2 y 3 moles de H2 para producir gas amoníaco. Al llegar al equilibrio se han producido 0.4 moles de NH3 y la presión final es de 10 atm. Calcule: a. Las moles de cada especie en el equilibrio y sus respectivas presiones parciales (atm). b. Determinar KP a 270°C , .

Answer 1

Respuesta: (a) N₂: 0,8 moles / 0,222 atm; H₂: 2,4 moles / 0,667 atm
NH₃: 0,4 moles / 1,11 atm. (b) Kp = 1,87E-3.

- Para resolver este ejercicio es necesario escribir la ecuación química balanceada, existen muchos métodos para eso, lo importante es que exista la misma cantidad de átomos de todos los elementos involucrados tanto del lado de los reactivos como en de los productos, en este caso queda: 
N₂ + 3 H₂ ⇔ 2 NH₃

- El siguiente paso es expresar la cantidad de moles al inicio de la reacción, la cantidad de moles que reaccionan y la cantidad de moles en el equilibrio:

Moles iniciales: N₂ = 1 mol; H₂ = 3 mol; NH₃ = 0 mol.

Moles que reaccionan: es la cantidad desconocida de moles que reaccionan o se producen de acuerdo a sus coeficientes estequiométricos de la ecuación química balanceada, en este caso, se consume un mol de N₂, se consumen 3 moles de H₂ y se producen 2 moles de NH₃, queda entonces:
N₂ = -x; H₂ = -3x; NH₃ = 2x

Moles en el equilibrio: Es la suma de los moles iniciales menos los que reaccionan:
N₂ = 1 - x; H₂ = 3 - 3x; NH₃ = 2x.

- Se conoce que en el equilibrio se generan 0,4 moles de NH₃, por lo tanto se puede despejar x:
2x = 0,4
x = 0,4 / 2
x = 0,2 moles.

- Se calculan entonces los moles en el equilibrio de H₂ y N₂: 
N₂ = 1 - 0,2 = 0,8 moles.
H₂ = 3 - (3 * 0,2) = 2,4 moles.

- El siguiente paso es calcular las presiones parciales, para ello se calculan las fracciones molares de los compuestos, para ello se divide la cantidad de moles entre los moles totales:
moles totales = 0,8 + 2,4 + 0,4 = 3,6 moles.
XN₂ = (0,8 / 3,6) = 0,222
XH₂ = (2,4 / 3,6) = 0,667
XNH₃ = (0,4 / 3,6) = 0,111

- Se procede a multiplicar la presión total por las fracciones molares y así se obtienen las presiones parciales: 
P parcial N₂ = 0,222 * 10 atm = 2,22 atm.
P parcial H₂ = 0,667 * 10 atm = 6,67 atm.
P parcial NH₃ = 0,111 * 10 atm = 1,11 atm.

- Para calcular la constante de equilibrio Kp se divide la multiplicación de las presiones parciales de los productos (en este caso NH₃) entre la multiplicación de las presiones parciales de los reactivos (en este caso N₂ y H₂), es importante que cada presión esté elevada al valor de su coeficiente estequiométrico de la ecuación química balanceada. En este caso:

Kp = [ (PNH₃)² / [(PN₂) * (PH₂)³]] 
Kp = [ (1,11)² / [(2,22) * (6,67)³]] = 1,87 E-3.