Quimica Inorganica

PROCESO DE HACER-BOSH: CINETICA

La reacción involucrada en el proceso Haber-Bosh

N2(g) + 3H2(g) ========== 2NH3(g)

N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) ΔHo = -46,2 kJ/mol

Es una reacción muy lenta, puesto que tiene una elevada energía de activación, consecuencia de la estabilidad del N2. Se emplea un catalizador de óxido de hierro que se reduce a Fe en la atmosfera de H2.

1. N2 (g) → N2 (absorbido)

2. N2 (absorbido) → 2 N (absorbido)

3. H2(g) → H2 (absorbido)

4. H2 (absorbido) → 2 H (absorbido)

5. N (absorbido) + 3 H(absorbido)→ NH3 (absorbido)

6. NH3 (absorbido) → NH3 (g)

Absorbido significa que el elemento o compuesto esta fijo al catalizador.

Determinen las molecularidades de cada paso

R/= Los pasos elementales de reacción 1 2 3 4 y 6 son de orden 1, o bien unimoleculares, pues en los reactivos solo figura una molécula. El paso 5 parece ser de orden global 4 (1+3=4).

N(ads) + H(ads) --->NH(ads)

NH(ads) + H(ads) --->NH2(ads)

NH2(ads) + H(ads) --->NH3(ads)

Según la evidencia experimental el paso determinante (más lento) de la reacción es el paso 2. Basado solo en esta información, presenten cual sería la expresión de la velocidad de reacción más probable, y el orden global de la reacción

R/= Según la ley de velocidad de orden 1 en N2 y de orden cero en H2:

v = k [N2]

O bien, para presiones parciales,

v = k P (N2)

Esto es una ley de orden 1 en N2, y aunque parezca absurdo, de orden cero en H2. Cuando H2 es el reactivo limitante, puede ser que la velocidad también dependa de H2 en orden 1:

v = k' [N2] [H2]

En la expresión: v = k [A]no [B]m se denomina orden de reacción al valor suma de los exponentes “n + m”. Se llama orden de reacción parcial a cada uno de los exponentes. Es decir, la reacción anterior es de orden “n” con respecto a y de orden “m” con respecto a B.

Bono: Basado en la estructura química de los reactivos, .Por qué el paso determinante de la reacción es el 2?

R/ = Los estudios sobre el mecanismo de la reacción indican que la etapa determinante de la velocidad de la reacción es la ruptura de la molécula de N2 y la coordinación a la superficie del catalizador. El otro reactivo, H2, se activa más fácilmente. Se producen una serie de reacciones de inserción entre las especies adsorbidas para producir el NH3. El Catalizador funciona adsorbiendo las moléculas de N2 en la superficie del catalizador debilitando el enlace interatómico N-N; de esta forma se origina N atómico el cual reacciona con átomos de hidrogeno que provienen de la disociación de H2 que también tiene lugar en la superficie metálica.

Asumiendo que el factor de frecuencia (A, de la ecuación de Arrhenius) es 107 s-1 [5], prediga cuanto tiempo gastaría una mezcla de relación 1:3 de N2 y H2 en alcanzar una conversión del 80% a 25°C y a otra temperatura entre 150 y 500 °C, Con catalizador y Sin catalizador (tome Ea= 420 kJ/mol). Concluya brevemente sobre cómo influye el catalizador y la temperatura en el tiempo de conversión.

R/= La variación de la constante de la velocidad con la temperatura viene recogida en la ecuación de Arrhenius:

K = A x e-Ea/RT

k = constante de velocidad

A = constante

T = temperatura Absoluta

K = 107 x e 420/(8.3143 x 298) =126.75

K = 107 x e 420/(8.3143 x 423) =120.56

K = 107 x e 420/(8.3143 x 773) =114.22

Catalizadores

PROCESO DE HABER-BOSH: INCLUYENDO TERMODINAMICA

Escojan por lo menos dos condiciones de presión y temperatura y observen el

Rendimiento que le da la reacción cuando llega al equilibrio según el siguiente simulador:

http://www.freezeray.com/flashFiles/theHaberProcess.htm

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