Síntesis de amoníaco de Haber–Bosch: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃
QuímicaCinética y equilibrioEdades 16–17
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Un recipiente de reacción contiene moléculas de N₂ y H₂; al ponerlo en marcha, chocan y se convierten poco a poco en NH₃ hasta alcanzar el equilibrio. Arrastra la presión, la temperatura y la relación molar H₂ : N₂, y activa o desactiva el catalizador de hierro, para ver cómo cambian el rendimiento de equilibrio y el tiempo para alcanzarlo tal como predice el principio de Le Châtelier. Una pestaña Diseño de planta sopesa rendimiento, velocidad, energía, coste de planta y CO₂ para justificar las condiciones de compromiso, y una pestaña Proceso de contacto hace lo mismo para fabricar ácido sulfúrico.
Lección: El nitrógeno y la síntesis del amoníaco; aplicación del principio de Le Chatelier al equilibrio N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃
Qué muestra
El proceso Haber–Bosch fabrica amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno en una reacción reversible y exotérmica que reduce cuatro moléculas de gas a dos. La presión alta y la temperatura baja favorecen el amoníaco, pero a temperatura baja el equilibrio se alcanza demasiado despacio, y cada atmósfera extra cuesta energía y una planta más resistente. El catalizador de hierro acelera ambos sentidos sin cambiar el rendimiento de equilibrio, y reciclar el gas sin reaccionar permite convertir casi todo en amoníaco. El proceso de contacto afronta los mismos compromisos para 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃ sobre V₂O₅ y luego absorbe el SO₃ en ácido sulfúrico concentrado para formar óleum.
Cómo usarla
En Equilibrio, pulsa Iniciar y cambia un control cada vez para comparar el rendimiento de equilibrio y el tiempo para alcanzarlo. En Diseño de planta, fija la Temperatura y la Presión, activa el Catalizador de hierro y Reciclar el gas sin reaccionar, y pulsa Registrar diseño para comparar rendimiento, producción, energía, CO₂ y coste por tonelada. En Proceso de contacto, haz lo mismo con el Catalizador V₂O₅, la Doble absorción y Absorber SO₃.
Parámetros que puedes cambiar
- Presión 10–400 atm
- Temperatura 300–600 °C
- Catalizador de hierro en polvo
- Proporción molar H₂ : N₂ 1 : 1, 2 : 1, 3 : 1 (estequiométrica), 4 : 1
- Pantalla Equilibrio, Diseño de planta, Proceso de contacto
- Temperatura de la planta 300–600 °C
- Presión de la planta 50–400 atm
- Catalizador de hierro en la planta
- Reciclar el gas sin reaccionar
- Temperatura del proceso de contacto 350–650 °C
- Presión del proceso de contacto 1–10 atm
- Catalizador V₂O₅
- Doble absorción
- Absorber SO₃ en H₂SO₄ al 98 %, en agua
Preguntas para explorar
- ¿Por qué no se fabrica amoníaco a baja temperatura, aunque allí el rendimiento de equilibrio sea mayor?
- ¿Qué proporción molar H₂ : N₂ coincide con los coeficientes de la ecuación y por qué?
- ¿Cómo influye el catalizador de hierro en el rendimiento de equilibrio y en el tiempo para alcanzarlo?
- ¿Por qué una planta Haber recicla el nitrógeno y el hidrógeno que no reaccionaron?
- ¿Por qué el SO₃ se absorbe en ácido sulfúrico concentrado y no en agua?
