Sln_Col1_2013-II

8/12/2019 Sln_Col1_2013-II

http://slidepdf.com/reader/full/slncol12013-ii 1/18

Trabajo colaborativo No. 1 SolucionarioProceso de Haber

Determinen las molecularidades de cada paso

Reacción Molecularidad

1 Unimolecular

2 Unimolecular

3 Unimolecular

4 Unimolecular

5 Tetramolecular

6 Unimolecular

v=k[N2(absorvido)] / válido si escriben: k[N2] menos 1 si identifico copia

Porque es el paso en el que enlace entre Nitrogeno-Nitrógeno se rompe, y este es un enlace t

menos 2 si identifico copia

ln [N2]t = -k t + ln [N 2]0

α=( *N2]0-[N2]t )/[N2]0

t=-ln (1-α)/k

A 1.00E+07 s-1 k = Aexp(-Ea/RT)

Conversión (α) 80% N2

Ea sin catalizador 420 kJ/mol -1.609437912

Ea con catalizador 103 kJ/mol

R 0.008314 kJ/mol°K

No. Grupo 28

1) Para la reacción de producción de amoniaco, se cree que el mecanismo de reacción es el si

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)

2) Según la evidencia experimental el paso determinante (más lento) de la reacción es el paso

expresión de la velocidad de reacción más probable, y el orden global de la reacción

Bono (5 puntos): Basado en la estructura química de los reactivos, ¿Por qué el paso determina

3) Asumiendo que el factor de frecuencia (A, de la ecuación de Arrhenius) es 103 s-1, prediga

alcanzar una conversión del 80% A 25°C y a otra temperatura entre 150 y 500 °C, Con cataliz

sobre cómo influye el catalizador y la temperatura en el tiempo de conversión.

La reacción es irreversible, de primer orden con respecto a N2. La relación de entrada es 1:3 N

cantidades estequiométricas

El enunciado especificaba que este es un paso simple, por l

mayores a 3 son muy raras y es posible que este sea un pas

8/12/2019 Sln_Col1_2013-II


2.39456E-67 2.61399E-74

T (°C) °K Sin catalizador Con catalizador Sin catalizador

25 298 2.4E-67 8.8E-12 6.7E+66

290 563 1.1E-32 2.8E-03 1.5E+32

Ejemplo:

P (atm) T (°C) Rendimiento

100 150 22%

100 500 5%

1000 150 56%1000 500 12%

Manufactura del ácido nítrico6) Presenten las expresiones de las constantes de equilibrio para las reacciones del proceso d

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

simulador:

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

Presente los resultados de rendimiento para las condiciones escogidas en una tabla. Concluya

influyen la temperatura y la presión en la conversión posible cuando se alcanza el equilibrio, t

5) Revisen la siguiente animación

http://www.wikisaber.es/contenidos/LObjects/12_ammonia_and_the_haber_process/index.

¿Por qué es necesario reciclar la salida del reactor, en vez de cambiar las condiciones de P y T

Temperatura: porque si se aumenta demasiado, se disminuye la cantidad posible de producci

disminuye mucho, la reacción tarda demasiado y la producción es muy lenta

Presión: Entre mayor presión mejor, pero si se aumenta demasiado es peligroso y los equipos

Según el princi

presión 2. se dis

a partir de 4 mol

k(s-1) tiemTemperatura

54

46

5

2

4

3

46

2

23

2

][][

][][

O NH

NOO H

P C

P P

P P K o

O NH

NOO H K

(1) 2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g) sin catalizador

2

2

2

2

2

2

2

2

][][

][

O NO

NO

P C

P P

P K o

O NO

NO K

(1) 2NO2(g) + H2O(l) ↔ HNO2(ac) + HNO3(ac)

2

2

32

][

]][[

NO

HNO HNO K

c

3

2

2

3

][

]][[

HNO

NO HNO K

c

(4) 3HNO2(ac) ↔ HNO3(ac) + H2O(l) + 2NO(g)

(1) 4NH3(g) + 5O2(g) ↔ 4NO(g) + 6H2O(g) a 800°C

8/12/2019 Sln_Col1_2013-II


8) Si hacer ningún cálculo, indiquen si la entropía de la reacción ∆SR es positiva o negativa par

(1) 4NH3(g) + 5O 2(g) ↔ 4NO(g) + 6H 2O(g) a 800°C

(2) 2NO(g) + O 2(g) ↔ 2NO2(g) sin catalizador

(3) 2NO2(g) + H 2O(l) ↔ HNO2(ac) + HNO 3(ac)

(4) 3HNO2(ac) ↔ HNO3(ac) + H 2O(l) + 2NO (g)

Test 298

∆Hf 0(kJ/mol) Sf 0(J/molK) Cp 0(J/molK) ∆Gf 0(kJ/mol)

NH3(g) -46.11 192.45 35.06 -103.4601

O2(g) 0 205.138 21.912 -61.131124

NO(g) 90.25 210.761 29.844 27.443222

H2O(g) -241.818 188.825 33.577 -298.08785

∆HR 0(kJ/mol) ∆SR 0(J/molK) ∆Cp 0(J/molK) ∆GR 0(kJ/mol)

Reacción -905.468 180.504 71.038 -959.258192

303

De la reacción 4NH3(g) + 5O2(g) →4NO(g) + H2O(g)

∆G0 = -RT ln Keq Keq=exp(-∆G0 /-RT)

No. Grupo 17

Temperatura 8.52E+02 °K

R 0.008314 kJ/molK

Keq=exp(-∆G0 /-RT)

Kp 6.49498E+58 Según lo visto en la webconference

A partir de Kp = Kc (R T) ∆ n

∆ n -4

Kc 1.72374E+57

9) Calculen ∆GR. ¿cuál es la constante de equilibrio a presión constante Kp? ¿cuál es la constante de

concentraciones Kc? Tome una presión de operación entre 4 y 10 atm

Positiva porque pasa de 9 a 10 mol

Negativa porque pasa de 3 a 2 mol

Probablemente negativa porque pa

soluciones acuosas, puede que auPositiva porque pasa de 3 molécula

gaseosas y una líquida, aumenta el

7) ¿Cuál sería la relación entre la constante de reacción entre:

(1) 4NH3(g) + 5O 2(g) →4NO(g) + 6H 2O(g) y

(2) NH3(g) +5/4O2(g) →NO(g) +

6/4H2O(g)?

1 = 4[2]6

3 4

2 5

1 = [2]6/4

3 2 5/4

4

1 = 24

8/12/2019 Sln_Col1_2013-II


∆GR=∆HR0-T∆SR0 deltaG=RT*lnKp

Temperatura 852 °K 959.258192

∆G -1059.257408 kJ/mol La energía libre de Gibbs disminuyó

Opcional: Ajustes temperatura incluyendo Cp (este tema no se ve en el módulo, sino en el cu

∆Hf (kJ/mol) Sf (J/molK) ∆Gf (kJ/mol)

NH3(g) -26.68676 192.5586841 -84.06924787

O2(g) 12.139248 205.2022178 -49.01101291

NO(g) 106.783576 210.7321711 43.98538902

H2O(g) -223.216342 189.1381392 -279.5795075

Reacción: -866.112948 181.5116941 ∆GR -920.2034328

Kp 2.61886E+56

No. Grupo 28 Reacción: 4

T0 (°K) 298

(1) Superfosfato triple :

Ca5(PO4)3F(s) + 5H2SO4(l) + 10H2O(l) →3H3PO4(s) + 5CaSO4.2H2O(s) + HF(g)

∆Hf 0(kJ/mol) Sf

0(J/molK) ∆Gf

0 (kJ/mol) Fuente

Ca5(PO4)3F(s) -6872 387.85 -6987.5793 http://datateca.u

H2SO4(ac) -813.989 156.904 -860.746392 http://datateca.u

H2O(l) -285.83 69.91 -306.66318 http://datateca.u

H3PO4(s) -1271.7 150.8 -1123.6 http://datateca.u

CaSO4.2H2O(s) -2022.63 194.1 -2080.4718 http://datateca.u

HF(g) -271.1 173.77 -322.88346 http://datateca.u

Reacción -399.105 -274.8 -317

Entalpía: exotérmica

Energía de Gibbs: espontánea

(2) superfosfato triple concentrado:

Ca5(PO4)3F(s) + 7H3PO4(ac) + 6H2O(l) →5Ca(H2PO4)2.2H2O(s) + HF(g)

∆Hf 0(kJ/mol) Sf

0(J/molK) ∆Gf

0 (kJ/mol) Fuente

Ca5(PO4)3F(s) -6872 387.85 -6987.5793 http://datateca.u

10) Asuman que ∆SR y ∆HR se mantienen relativamente constantes con la temperatura. Calculen ∆

reacción en el ciclo del Oswald (la temperatura escogida). ¿Cómo cambió la espontan

11) Tomen una de las reacciones presentadas para sintetizar fertilizantes: Presenten la expresión de

∆HR y ∆GR a condiciones estándar y concluyan si la reacción sería posible y si sería exotérmica o endo

Nota: Esta reacción es prácticamente irreversible. El catalizador se utiliza para garantizar la sel

producto indeseado)

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/358005/Bibliografia/apendice_B_Swaddle_propiedades_termodinamicas.pdf








8/12/2019 Sln_Col1_2013-II


H3PO4(ac) -1271.7 150.8 -1123.6 http://courses.ch


Ca(H2PO4)2.H2O(s) -3409.7 1.18- -3058.4 http://digital.csic.

HF(g) -271.1 173.77 -322.88346 http://datateca.u

Reacción 10398.38 -1691.497718 10902

Entalpía: endotérmica

Energía de Gibbs: no espontánea

(3) fosfato monoamónico:

H3PO4 (ac) + NH3 (g) → NH4H2PO4 (s)

∆Hf 0(kJ/mol) Sf

0(J/molK) ∆Gf

0 (kJ/mol) Fuente

H3PO4 (ac) -1271.7 150.8 -1123.6 http://courses.ch

NH3 (ac) -80.29 111.3 -113.4574 http://datateca.u

NH4H2PO4 (s) -1445 0.79- -1210 http://digital.csic.

Reacción -93.01 262.9- -15



(4) fosfato diamónico

H3PO4 (ac) + 2NH3 (ac) → (NH4)2HPO4 (s)

∆Hf 0(kJ/mol) Sf

0(J/molK) ∆Gf

0 (kJ/mol) Fuente

H3PO4 (ac) -1271.7 150.8 -1123.6 http://courses.ch

NH3 (ac) -80.29 111.3 -113.4574 http://datateca.u

(NH4)2HPO4 (s) -1566.91 177 -1619.656 H: http://en.wikip

Reacción -134.63 -196.4 -76



Proceso de Mannheim:

(5) 2KCl(s) + H 2SO4(l) → K2SO4(s) + 2HCl (g)

∆Hf 0(kJ/mol) Sf

0(J/molK) ∆Gf

0 (kJ/mol) Fuente

KCl(s) -436.747 82.59 -461.35882 http://datateca.u

H2SO4(ac) -813.989 156.904 -860.746392 http://datateca.u

K2SO4(s) -1437.79 175.56 -1490.10688 http://datateca.uHCl(g) -92.307 186.908 -148.005584 http://datateca.u

Reacción 65.079 227.292 -3

Entalpía: endotérmica


ProcesoHargreaves

(6) 4KCl(s) + 2SO 2(g) + O 2(g) + H 2O(g) → 2K2SO4(s) + 4HCl (g)

http://courses.chem.indiana.edu/c360/documents/thermodynamicdata.pdf


http://digital.csic.es/bitstream/10261/20095/1/661.pdf

http://digital.csic.es/bitstream/10261/20095/1/661.pdf


http://courses.chem.indiana.edu/c360/documents/thermodynamicdata.pdf

8/12/2019 Sln_Col1_2013-II


∆Hf 0(kJ/mol) Sf

0(J/molK) ∆Gf

0 (kJ/mol) Fuente


SO2(g) -296.83 248.22 -370.79956 http://datateca.u

O2(g) 0 205.138 -61.131124 http://datateca.u

H2O(g) -241.818 69.91 -262.65118 http://datateca.u

K2SO4(s) -1437.79 175.56 -1490.10688 http://datateca.uHCl(g) -92.307 186.908 -148.005584 http://datateca.u

Reacción -662.34 -3.096 -661



Método con NaSO4:

(7) 3KCl(s) + 4Na 2SO4 (s) → 4K2SO4 (s) + 8NaCl (s)

∆Hf 0(kJ/mol) Sf

0(J/molK) ∆Gf

0 (kJ/mol) Fuente


Na2SO4 (s) -1387.08 149.58 -1431.65484 http://datateca.u

K2SO4 (s) -1437.79 175.56 -1490.10688 http://datateca.u

NaCl (ac) -411.153 72.13 -432.64774 http://datateca.u

Reacción -2181.8 433.19 -2311



Método con HNO3

(8) KOH(s) + HNO 3(l) →KNO3(s) + H 2O(l)

∆Hf 0(kJ/mol) Sf

0(J/molK) ∆Gf

0 (kJ/mol) Fuente

KOH(g) -424.764 78.9 -448.2762

HNO3(ac) -175 155.6 -80.7 http://courses.ch

KNO3(s) -494.6 133.1 -394.9 http://courses.ch


Reacción -180.7 -31.49 -171



Bono: Lo que se tiene en cuenta es que esté correctamente citado y referenciado, y que se ref

ocasionados por los desechos, vertimientos y emisiones producidas en la "fabricación" de ferti

8/12/2019 Sln_Col1_2013-II


iple que es muy estable

guiente:

2. Basado solo en esta información, presenten cual sería la

nte de la reacción es el 2?

cuanto tiempo gastaría una mezcla de relación 1:3 de N2 y H2 en

dor y Sin catalizador (tome Ea= 420 kJ/mol). Concluya brevemente

2:H2 por lo tanto no hay reactivo límite porque están en

tanto es tetramolecular. Sin embargo, es cierto que las molecularidades

o compuesto N + H -> NH + H -> NH2 + H -> NH3 (3 pasos bimoleculares)

8/12/2019 Sln_Col1_2013-II


Con catalizador Sin catalizador Con catalizador

1.8E+11 1.87E+63 50731600

5.8E+02 4.16E+28 0.1611

Oswald

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

n según estos resultados y el principio de Le’chatelier, como

niendo en cuenta que la reacción es exotérmica.

tml

para aumentar el rendimiento?

n (rendimiento) cuando se alcanza el equilibrio, pero si se

disponibles actualmente no alcanzan a llegar a más de 200-300 bar

io de Le'chatelier, se favorecen los productos si: 1. Se aumenta la

inuye el volumen (Dado que la reacción produce 2 moles de gases

es de gases) 3. Se disminuye la temperatura ( porque la reacción esexotérmica)

o (s) tiempo (horas)

8/12/2019 Sln_Col1_2013-II


a las 4 reacciones

°K

∆Gf 0(kJ/mol)

-16.4

0

87.6

-228.6

∆GR 0(kJ/mol)

-955.6

, es Kp y no Kc (Kp = Keq=exp(-∆G0 /-RT)

equilibrio en términos de

s de gas, aumenta el desorden

s de gas, disminuye el desorden

sa de 1 gas y 1 liquido a 2

ente el desordens acuosas a 1 molecula acuosa, 2

desorden

8/12/2019 Sln_Col1_2013-II


, pero la reacción sigue siendo siendo espontánea

so termodinámica)

Disminuyó menos

No se tuvo en cuenta Keq

Cp0(J/molK)

375.95

138.91

75.291

145

186.02

29.133

Cp0(J/molK)

375.95

R a la temperatura a la que ocurre la

idad de la reacción?

la constante de equilibrio y calculen

térmica a condiciones estándar.

ectividad (que no se produzca un

8/12/2019 Sln_Col1_2013-II


145

75.291

.es/bitstream/10261/20095/1/661.pdf

29.133

Cp0(J/molK)

145

nad.edu.co/contenidos/358005/Bibliografia/apendice_B_Swaddle_propiedades_termodinamicas

.es/bitstream/10261/20095/1/661.pdf

Cp0(J/molK)

145

nad.edu.co/contenidos/358005/Bibliografia/apendice_B_Swaddle_propiedades_termodinamicas

edia.org/wiki/Diammonium_phosphate S: https://e-reports-ext.llnl.gov/pdf/343156.pdf

Cp0(J/molK)

51.3

138.91

131.4629.12

8/12/2019 Sln_Col1_2013-II


Cp0(J/molK)

51.3

39.87

21.912

75.291

131.4629.12

Cp0(J/molK)

51.3

128.2

131.46

50.5

Cp0(J/molK)

64.9

109.9

96.4

75.291

iera a impactos

ilizantes

8/12/2019 Sln_Col1_2013-II


8/12/2019 Sln_Col1_2013-II


.pdf

.pdf

8/12/2019 Sln_Col1_2013-II


Temperature

(oC)

Keq

25 6.40E+02

200 4.40E-01 32% 4.61E-01

300 4.30E-03 29% 3.84E-01

400 1.60E-04 16% 1.51E-01

450 4.51E-05

500 1.50E-05

550 5.38E-06

600 2.25E-06

Sln_Col1_2013-II

Documents

Transcript of Sln_Col1_2013-II