Equilibrio químico Ejercicio 5: reacción de N2 y H2 para síntesis de amoníaco, NH3

En este ejercicio de equilibrio químico, dadas las cantidades iniciales de nitrógeno gaseoso, N2 ,y de hidrógeno gaseoso, H2, y la cantidad de amoníaco, NH3, en el equilibrio, calcularemos la constante de equilibrio, Kc, para la reacción de síntesis de amoníaco a 350ºC.

Asimismo, también determinaremos cómo afectan el volumen y la temperatura a dicho equilibrio químico para mejorar el rendimiento de síntesis de amoníaco según el principio de Le Chatelier.

El enunciado completo es:

En un recipiente metálico de 2,0 litros se introducen 28 gramos de N2 y 3,23 gramos de H2. Se cierra y se calienta a 350ºC. Una vez alcanzado el equilibrio se encuentran 5,11 gramos de NH3.

a) Calcular el valor de Kc de la reacción de síntesis del amoníaco a dicha temperatura.

b) ¿Qué deberíamos hacer en relación al volumen del recipiente y en relación a la temperatura para aumentar el rendimiento de la reacción de obtención de amoníaco?

Category: Ejercicios Equilibrio Químico and Vídeos Equilibrio Químico.

35 Comentarios

  1. No hay dudas excepto una cosa.

    Entiendo por qué se hace así, pero yo cuándo lo he hecho antes de mirar el video, ajusté el equilibrio así:

    N2 + 3H2 2NH3

    Y Kc me dió 0,26 en vez de 0,52.

    Mi pregunta es, por qué hay que ajustar la reacción así? Siendo la misma proporción no debería dar lo mismo?

    No sé si me explico, entiendo el ejercicio, pero muchas veces, como en estos ejercicios o por ejemplo en los de la lei de Hess, tiendo a ajustar reacciones evitando en la medida de lo posible los coeficientes con fracciones, aunque tenga que multiplicar toda la reacción por 2.

    La que se ha de usar es la que da un producto con coeficiente igual a 1, si no me equivoco? O cómo?
    Saludos!

    Cephalopod, 4 Años Antes Reply

  2. Te explicas perfectamente y es una duda muy razonable, porque efectivamente, la Kc da un valor distinto en función de cómo ajustas la reacción, pero en ambos casos es correcto. El valor de Kc es para la reacción que tú ajustas porque los coeficientes estequiométricos aparecen en la expresión de la constante como exponentes, por lo que si varías estos exponentes Kc ha de cambiar. Es decir, está bien tu resultado y también el mío.

    En cuanto a lo de termoquímica dependerá de si calculas un valor de entalpía (pongamos por caso) para la reacción tal cual esté o para un mol de compuesto. Si es el primer caso (no das resultado en kJ/mol sino solo en kJ) la puedes ajustar como quieras, como te convenga. Si es el segundo caso (darás un resultado en kJ/mol), te conviene ajustar los coeficientes estequiométricos de forma que te quede un 1 delante del producto en cuestión.

    Quimitube, 4 Años Antes Reply

  3. De acuerdo, trataré de ajustar reacciones siempre en relación al producto, aunque esté bien de ambas formas así lo estandarizo con respecto a los ejercicios de termoquímica, que el 99% te dan datos en kj/mol.

    Cephalopod, 4 Años Antes Reply

  4. Me parece una estrategia recomendable.

    Quimitube, 4 Años Antes Reply

  5. Me agradan todos tus videos explicas muy bien =), quisiera saber si subirás videos sobre equilibrio de complejos, ya que tengo algunas dudas.

    Eduardo, 4 Años Antes Reply

    • ¡Hola! Muchas gracias y bienvenido :) En principio no grabaré nada sobre equilibrio de complejos porque exceden los conocimientos del último curso de bachillerato en España, que es en el que me estoy basando. Seguramente los trataré cuando pase a química universitaria, que tengo intención de llegar, pero mucho más adelante por cuestión de tiempo. Lo lamento…

      Quimitube, 4 Años Antes Reply

  6. Hola Carmen!
    De nuevo me gustaría que me ayudaras con un par de ejercicios de selectividad. Son teórica, creo que sobre Le Chatelier… No sé si es el mejor sitio para preguntarlo, pero nunca sé dónde dejar el comentario!

    Las soluciones están más abajo, pero no entiendo por qué son esas…¿Te sabría mal explicármelo cuando puedas?

    1)
    El dióxido de nitrógeno es un gas de color rojizo que reacciona consigo mismo (se dimeriza) para dar lugar al tetraóxido de dinitrógeno, que es un gas incoloro.
    Se ha comprobado que una mezcla a 0 ºC es prácticamente incolora, mientras que a 100 ºC tiene color rojizo. Considerando esto:
    a) Escribe la reacción en equilibrio que se produce.
    b) Justifica si la reacción es exotérmica o endotérmica.
    c) Qué cambio de color se observará a 100 ºC si se aumenta la presión del sistema?
    d) Justifica si se modificará el color de la mezcla si, una vez se ha llegado al equilibrio, se añade un catalizador.

    Soluciones (1). (2 punts)
    a) 0,25 punts. 2 NO2 → N2O4
    b) 0,75 punts. Exotérmica
    c) 0,5 punts. De rojo a incoloro
    d) 0,5 punts. No

    Y otro ejercicio que tampoco entiendo:

    2)
    Para la reacción en estado gaseoso, 2NO + 2CO 2CO2 + N2 la constante de equilibrio Kp vale 1·10^6, a 25ºC. Determina:
    a) Si la reacción es o no espontánea.
    b) Si la reacción es exotérmica, justifica hacia donde se desplazará el equilibrio si disminuye la Tª.

    Como ves no llevo nada bien esto… Ayúdame por favor! ^^

    Gracias por tanta ayuda!!!

    Sara, 4 Años Antes Reply

    • ¡Hola! Ese ejercicio de examen me suena mucho… Junio de 2012… ¿Te examinas en la UIB? ¡A ver si nos vamos a cruzar por el pasillo! 😀

      En cuanto a la respuesta, vamos allá.

      EJERCICIO 1

      a) Bueno, la reacción de dimerización ya la has indicado en el resultado. Como ves es simplemente que 2 moléculas se convierten en una única molécula, solo que debes poner una doble flecha.
      b) Para ver si la reacción es exotérmica o endotérmica, debemos fijarnos en qué sucede cuando variamos la temperatura. Nos dicen que a 0ºC la mezcla es prácticamente incolora, es decir, tenemos el dímero N2O2, que es incoloro; la reacción está desplazada a productos. A 100ºC, en cambio, la mezcla es rojiza, lo que significa que tenemos el monómero, NO2, está desplaza a reactivos. Así, una disminución de la temperatura desplaza la reacción hacia los productos, porque vemos que a 0ºC tenemos solo N2O2. Las reacciones que se ven favorecidas con una disminución de temperatura son las exotérmicas, porque si yo bajo la temperatura, el sistema intenta contrarrestar esa disminución desplazándose en el sentido en que emite calor.
      c) Si aumentamos la presión, el sistema tiene hacia el sentido en el que hay menos moles (que ejercerán menos presión y “aliviarán” el sistema). A la izquierda tienes dos moles (2NO2) y a la derecha 1 mol (1N2O2), por lo que el aumento de presión provocará un desplazamiento hacia productos, a la derecha, y le mezcla se volverá incolora.
      d)La adición de un catalizar únicamente modifica la velocidad de reacción directa y/o inversa, pero no modifica el estado de equilibrio (esto es simplemente teoría, siempre es así). Si el estado de equilibrio no se ve modificado, pues tampoco lo hará el color de la mezcla porque las concentraciones ya no varían.

      Voy con el 2, ahora te pongo este para que te lo puedas ir mirando (¡espero que lo veas antes de mañana!).

      Quimitube, 4 Años Antes Reply

  7. EJERCICIO 2
    a) Para este apartado usaremos una aproximación que hay para los gases ideales que nos relaciona la variación de energía libre de Gibbs con la constante Kp. Es: DG = -RTlnKp
    Así, la energía libre de Gibbs es proporcional pero cambiado de signo al logaritmo neperiano de Kp. Como lnKp te da positivo, la variación de energía libre de Gibbs es negativa y, por tanto, la reacción es espontánea.
    b) Si es exotérmica, DH < 0. Una disminución de la temperatura favorecerá (como hemos dicho en el ejercicio 1) la reacción exotérmica, ya que el sistema intentará contrarrestar la disminución de temperatura emitiendo calor, por lo que ésta se desplazará hacia los productos, es decir, hacia la producción de CO2 y N2.

    Quimitube, 4 Años Antes Reply

    • jajajajaja Sí, ahora en septiembre en la UIB! ¿Eres de por aquí????? Ö

      El ejercicio 1 me ha quedado clarísimo, el 2 no tanto porque esa aproximación que me explicas no la he visto nunca!! Me lo volveré a leer de todas formas…

      Ojalá me cruce contigo en el pasillo, te saludaré, eh?? jijijiji

      Un abrazo y gracias (otra vez!) 😀

      Sara, 4 Años Antes Reply

      • Sí, sí, soy de aquí, estudié en la UIB la carrera y ahora voy todos los días porque hago un máster. Casualidades de la vida
        ¡¡¡Muchísima suerte para mañana!!!

        QuimiTube, 4 Años Antes Reply

        • Pues sí, casualidad total!!!

          Gracias, ojalá me vaya bien (aunque lo dudo…tendré que volver a presentarme el año que viennnneeeeSOCORRO)

          un beso!!

          Sara, 4 Años Antes Reply

  8. Hola Carmen!!
    Quería darte las gracias otra vez (qué pesadaaaa!!!) pero he sacado un 9!!!!!!! Está claro que ha sido gracias a tus explicaciones…^^

    Una curiosidad…¿Por qué el Fe i el Si son dos de los elementos más abundantes en la tierra? ¿Hay alguna explicación? Una vez el profesor lo preguntó y no se volvió a comentar (nosotros, listillos, no quisimos recordárselo jajaja)

    Un abrazo!

    sara, 4 Años Antes Reply

    • ¡¡Hola Sara!! Pesada en absoluto, todo lo contrario, me hace una ilusión enorme que hayas venido aquí para comentar tu ¡¡¡NOTAZA!!! ¡Un nueve! ¡Guau! ¡Enhorabuena! 😀 Ha sido gracias a tu esfuerzo, pero si yo he ayudado a que el esfuerzo fuese un poco más ameno, me alegro :-) Ya sabes, siempre puedes recomendarnos jejeje

      En cuanto a tu curiosidad pues lo cierto es que lo del hierro no estoy segura, no sé si es debido a sus propiedades magnéticas o a propiedades nucleares y de fisión, intentaré consultarlo a ver si lo averiguo; el silicio, si no estoy equivocada, es porque puede formar cuatro enlaces covalentes, que son muy fuertes y por tanto estables, y además es relativamente ligero. Por eso los compuestos de silicio son muy resistentes…

      En fin, si averiguo más cosas ya te comento, podrás preguntarlo en el foro que hemos instalado (quimiforo) cuando esté operativo (como me comentaste que nunca sabías dónde dejar las dudas, y era cierto, hemos puesto en marcha un foro).

      En fin, enhorabuena.

      P.D.: ¿Qué vas a estudiar?

      QuimiTube, 4 Años Antes Reply

      • Respecto a la abundancia del hierro: es el elemento más estable de los que forman la corteza terrestre.
        La estabilidad está relacionada con la energía de enlace por nucleón (partículas que forman los núcleos atómicos) y el número de las mismas que es el número másico,A.
        Las fuerzas entre partículas nucleares son más fuertes que las fuerzas de enlace entre átomos.
        El número de nucleones viene dado por el número másico, A, y la relación entre este valor y la energía puesta en juego para dar lugar a un núcleo (unión de nucleones), da un valor determinado, que, para el Fe-56, es el máximo de todos los núcleos existentes en la corteza terrestre.
        Por eso el Fe es el elemento mas abundante, ya que es el más estable. Un saludo

        Anaquimi, 4 Años Antes Reply

        • ¡Fenomenal! ¡Muchas gracias! 😀 A ver si a lo largo de esta semana instalamos el foro correctamente y todas estas cuestiones interesantes pueden quedar enmarcadas en hilos de conversación más adecuados, para que sean accesibles a todos los usuarios. Espero que podamos seguir compartiendo cosas ahí de ahora en adelante. Gracias nuevamente.

          QuimiTube, 4 Años Antes Reply

          • Me parece muy razonable y además me encantará compartir lo que haga falta en ese foro que seguro tendrá éxito. Un saludo.

            Anaquimi, 4 Años Antes

      • Bueno, la verdad es que me has facilitado mucho el estudio!! jajaja

        Pues ahora estoy estudiando Ciencias Biomédicas (también se llama medicina molecular o biomedicina, cada año cambia de nombre jajaja) pero después de repetir las específicas con la nueva nota podré entrar el año que viene, en principio sin ningún problema, en Medicina (que es lo que llevo toda la vida queriendo hacer). Así que super contenta!!

        Gracias también a Anaquimi por ayudar a resolver mi pregunta!!!

        P.D.: No dudes que os recomendaré (de hecho ya lo hago jajaja)
        y sobre lo de “quimiforo”… una gran idea!!! (es que es verdad, voy comentando por todos los videos cosas que no vienen muy a cuento… jijiji)

        sara, 4 Años Antes Reply

  9. Hola Carmen, me gustaria saber por qué mi profesor de quimica utiliza la formula de alfa = x/n para la sustituir la x

    Ana, 3 Años Antes Reply

    • Hola Ana, bienvenida. Ambas son válidas, puedes emplear la que prefieras. La x es la cantidad de producto disociado en valor absoluto, por ejemplo, si tienes inicialmente 5 moles (esto sería el valor de n) y se disocian 2 moles, entonces x=2. Alfa, en cambio, es la cantidad disociada por cada mol inicial, en el ejemplo anterior, sería 0,4, es decir, tal y como pondría tu profesor alfa = x/n = 2/5 = 0,4.

      QuimiTube, 3 Años Antes Reply

  10. Hola Carmen. Es la primera vez que veo tus videos y me están ayudando mucho pero tengo un problema que no sé cómo resolverlo.

    Una solución diluida de ácido fosfórico se obtiene diluyendo 50 ml de solución concentrada del ácido, de densidad 1,64g/l y que contiene el 60 por 100 en peso de ácido fosfórico, hasta completar 500 ml.
    Calcular la molaridad de la solución diluida y la molaridad de la solución concentrada.

    Me podría explicar cómo se resolvería esto.Muchas gracias

    juan, 3 Años Antes Reply

    • Hola Juan, gracias por comentar. Te puedo orientar un poco en la realización del ejercicio, aunque no tengo vídeos aún sobre estequiometría y no te puedo recomendar ninguno. Cuando haces un ejercicio de preparar disoluciones diluidas a partir de otra disolución más concentrada, partes del volumen que quieres preparar. En este caso, empezarás los factores de conversión por los 500 ml de ácido e irás añadiendo otros factores. No obstante, sospecho con este enunciado que la cosa se complica un poco :) porque no sabes la concentración ni de uno ni de otro. Intentan ir haciendo y me comentas, y si tengo un hueco lo miro en mayor profundidad. Un saludo grande.

      QuimiTube, 3 Años Antes Reply

  11. Hola Carmen gracias por contestar mi petición. Hice el ejercicio así:

    La molaridad en la disolución diluida será:

    m= d x v = 50 ml X 1.64 gr/ml = 82 gr de disolución

    100 gr disolución le corresponde 60 gramos de soluto

    82 gr de disolución le corresponderá x

    De donde x= 49.2 gr de soluto.

    PM del ácido = 98.

    Moles = 49.2 / 98 = 0.5

    Entonces Molaridad será igual a 0.5 moles / 0.500 litros = 1.004 M

    Con la molaridad de la solución concentrada he hecho:

    m disolución = v x d = 500 ml x 1.64 gr/ml = 820 gr disolución

    Si de 100 gr de disolución hay 60 gr de soluto

    de 820 gr de disolución habrá x

    x = 492 gr de soluto

    Moles serán : 492 / 98 = 5.02

    Molaridad será : 5.02 / 0.5 = 10.04 M.

    Así creo que se hace pero cuando te sea posible me gustaría que me lo comprobara.

    Muchas gracias y saludos con antelación.

    juan, 3 Años Antes Reply

  12. Acabamos de empezar con el tema de cinética química y venía con la idea de que con los vídeos podría entenderlo mejor pero he visto que no había y anteriormente me habían ayudado mucho! de todas maneras te dejo aquí mi duda: como harías este ejercicio? “con los datos de la tabla 5.1 calcular la constante de velocidad e indicar las unidades.
    la ecuación cinética es:
    V= k .[NH2](elevado ala 2) .[H2]
    datos:
    [N2] = 0’05 mol/L
    V=5’63.10^-6 mol/L
    [H2]= 0.05 mol/L
    k: ?¿

    PD: los vídeos de todas maneras anteriores me han servido de mucha ayuda, ha sido un hallazgo totalmente!

    Victoria, 3 Años Antes Reply

    • ¡Hola Victoria! Bienvenida. Siento que te hayas llevado un chasco, estoy preparando mi proyecto de máster y voy a tener un parón de grabar durante aproximadamente un mes, así que aún faltarán tanto cinética como termodinámica en su totalidad. Espero tenerlos al menos para el último trimestre que es el más duro.
      En cuanto a tu duda lo que debes hacer es sustituir los valores y despejar k teniendo en cuenta las unidades. Es decir, tú tienes el valor de la velocidad con esas concentraciones, así como las concentraciones. Harás:
      5,63·10^-6 mol/l = k · 0,05^2 (mol/l)^2 · 0,05 mol/l
      Debes tener en cuenta que si elevas una concentración al cuadrado, como es el caso del N2, las unidades también se elevan, por eso he puesto (mol/l)^2.
      De esta forma despejas k pasando los valores dividiendo al otro lado y determinas qué unidades te quedan.
      Espero que te sirva.
      Un saludo grande y gracias por comentar :)

      QuimiTube, 3 Años Antes Reply

  13. Hola.
    Yo he ajustado la reacción: N2+3H2 2NH3
    Pero para calcular los moles en equilibrio de N2 y H2 lo he hecho calculando la “x” a partir de los moles en equilibrio de NH3 considerando que 2x= 0.3, con lo cual sale que “x”=0.15.
    ¿Se puede resolver de esta forma o me lo estoy inventando?

    Andrés, 3 Años Antes Reply

  14. Hola Carmen, me confunde un problema de química que necesito resolver. PARTIENDO DE UNA MEZCLA GASEOSA DE HIDRÓGENO Y NITRÓGENO EN LA RELACIÓN DE 3:1 A 450°C, SE ENCUENTRA QUE LA MEZCLA EN EQUILIBRIO TIENE LA SIGUIENTE COMPOSICIÓN EN VOLUMEN: 9,6% DE AMONIACO, 22,6% DE NITROGENO Y 67,8% DE HIDROGENO. LA PRESION TOTAL ES DE 50 ATM. CALCULAR LA KP PARA LA REACCIÓN DE SISTESIS DEL AMONÍACO.

    En este problema no entiendo por qué dan una relacion de 3 a 1 y por qué la composicion de volumenes está dada en porcentajes. No entiendo que relación tienen las atmósferas en este ejercicio.

    Agradezco tu ayuda.

    Laura Sánchez, 3 Años Antes Reply

  15. Hola.. Necesito de su ayudaa. No se como resolver este ejercicio :(!

    En un recipiente de 2.5L se introducen 210g de NH3 y cierta cantidad de N2 y se deja alcanzar el equilibrio, si Kc a 300 grados Celsius es 0.5
    Calcule los gramos de N2 introducidos inicialmente si una vez alcanzado el equilibrio quedan 10 mol de NH3.

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

    Espero que me pueda ayudarr!

    Franyelis, 3 Años Antes Reply

  16. Hola:

    En primer lugar felicitarte por lo bien que explicas las cosas.

    Decirte que escucho tus lecciones cuando tengo que ayudar a mi hijo.

    Para mi, una explicación mas fácil del apartado b, de cómo influye el volumen, es que el numerador de Kc está dividido por V y el denominador por V2. En consecuencia cuanto mayor sea V mayor será Kc y mayor la cantidad de NH3

    Un saludo

    Javier, 2 Años Antes Reply

    • Hola Javier:
      Muchas gracias por la felicitación, me alegra que acompañes a tu hijo en las clases, así la química se extiende aún un poquito más.
      Me gusta el enfoque que planteas para determinar el efecto del volumen, será muy útil para aquellos alumnos cuyo pensamiento es más matemático. Creo que es buena idea explicarlo de los dos modos y que cada alumno decida cuál le resulta más comprensible personalmente. Un saludo muy grande.

      QuimiTube, 2 Años Antes Reply

  17. Hola, me encantan tus vídeos, explicas muy bien! tengo una duda….
    Cuando se trabaja con la reacción N2+3H2 —> 2NH3
    Se sabe que la constante de equilibrio toma un valor distinto al del ejemplo, y al momento de despejar “X” me encuentro con una ecuación cúbica o de cuarto grado y no se como continuar… se me ocurrió que se podría hacer una aproximación como se hacía para los cálculos de pH en ácido-base, pero tengo entendido que no siempre se puede hacer dicha aproximación…., espero tu respuesta, muchas gracias por tus vídeos!

    Saludos desde Chile!

    Pablo, 2 Años Antes Reply

    • ¡Hola! ¿Qué datos manejas? ¿Cómo te queda la ecuación? Lo ideal es con la ecuación delante y los valores que tengas ver si realmente se podría o no despreciar algún dato, pero a simple vista no hay ninguna norma establecida al respecto… Supongo que tendrás decimales en los coeficientes y que por tanto tampoco puedes aplicar Ruffini.

      QuimiTube, 2 Años Antes Reply

  18. Hola Carmen, llevo bastante tiempo siguiendo tus vídeos, tengo una duda del equilibrio, más que nada porque la profesora ha decidido saltarse las explicaciones de cinética junto con el tema de equilibrio, y no me entero de nada, necesito ayuda. El N2O4 se descompone a NO2 en un recipiente de 1L, 45 C y 3,18 atm se introducen 0,1 mol de N2O4, alcanzando el equilibrio. Calcule las Kp y Kc

    Dani, 1 Año Antes Reply

    • ¡Hola Dani! Bueno, como ves no tenemos muchos vídeos de equilibrio pero te recomiendo que los veas a ver si de este modo te sirven (mientras llegan los vídeos de teoría de equilibrio, que como verás no están). Lo que debes hacer es plantear la reacción química con la doble flecha de equilibrio:
      N2O4 < --> 2NO2
      Y abajo, como si fuese una tabla, dos filas. La primera fila es para la situación inicial, es decir, cuando tienes 0,1 moles de N2O4. La segunda fila es para la situación una vez que se haya alcanzado el equilibrio. Como parte de esos 0,1 moles se van a descomponer, pero no sabemos cuánto, se suele dejar como incógnita y poner que en el equilibrio tienes 0,1 – x moles de N2O4 y 2x moles de NO2 (porque por cada x moles de N2O4 que se descomponen, se forman 2x moles de NO2, ya que la estequiometría de la reacción es 1:2).
      De esta forma puedes plantear la fórmula para Kc, tal y como verás planteada en otros ejercicios. Espero que estas orientaciones te sirvan, al menos de momento. Un saludo grande.

      QuimiTube, 1 Año Antes Reply

  19. HOLA TENGO UNA DUDA CON UN EJERCICIO
    PARA EL SISTEMA CO2+H2—–CO + H2O
    KP=VALE 064 A 626.85ºC
    a) Kc a esta temperatura
    b)la concentracion de cada especie en el equilibrio,si la reaccion se inicia con una concentracion 0.1 mol/L en cada reactante.

    EL APARTADO “A” NO HE TENIDO PROBLEMA,PERO EN EL APARTADO “B” ME DICE QUE LA SOLUCION ES LA SIGUIENTE
    (CO)=(H2O) = 0.044 (CO2)=(H2) = 0.056

    NO ME COINCIDE LOS RESULTADOS
    ASÍ ES COMO HICE EL EJERCICIO

    CO2 + H2—- CO+ H2O
    IN 0.1mol/l 0.1mol/l – –

    R -x -x x x

    EQI 0.1-x 0.1-x x x

    kc=CO)(H2O)/(CO2)(H2) ; 0.64=X^2/(0.1-x)(0.1-x)=

    =+0.295 -0.06 cojo x=0.06 sustituyo 0.06 en las x

    ENRIQUE, 1 Año Antes Reply


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