Síntese da amônia por Haber–Bosch: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃
QuímicaCinética e equilíbrioIdades 16–17
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Um recipiente de reação contém moléculas de N₂ e H₂; ao iniciar, elas colidem e se convertem aos poucos em NH₃ até atingir o equilíbrio. Arraste a pressão, a temperatura e a razão molar H₂ : N₂, e ligue ou desligue o catalisador de ferro, para ver o rendimento de equilíbrio e o tempo para atingi-lo mudarem exatamente como prevê o princípio de Le Chatelier. Uma aba Projeto da fábrica pondera rendimento, velocidade, energia, custo da fábrica e CO₂ para justificar as condições de compromisso, e uma aba Processo de contato faz o mesmo para a produção de ácido sulfúrico.
Aula: Nitrogênio e síntese da amônia; aplicação do princípio de Le Chatelier ao equilíbrio N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃
O que mostra
O processo Haber–Bosch produz amônia a partir de nitrogênio e hidrogênio em uma reação reversível e exotérmica que reduz quatro moléculas de gás a duas. Pressão alta e temperatura baixa favorecem a amônia, mas em temperatura baixa o equilíbrio é atingido devagar demais, e cada atmosfera a mais custa energia e uma fábrica mais resistente. O catalisador de ferro acelera os dois sentidos sem mudar o rendimento de equilíbrio, e reciclar o gás que não reagiu permite transformar quase todo ele em amônia. O processo de contato enfrenta os mesmos compromissos para 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃ sobre V₂O₅ e depois absorve o SO₃ em ácido sulfúrico concentrado, formando óleum.
Como usar
Em Equilíbrio, aperte Iniciar e mude um controle por vez para comparar o rendimento de equilíbrio e o tempo para atingi-lo. Em Projeto da fábrica, ajuste a Temperatura e a Pressão, ligue o Catalisador de ferro e Reciclar o gás que não reagiu, e aperte Registrar projeto para comparar rendimento, produção, energia, CO₂ e custo por tonelada. Em Processo de contato, faça o mesmo com o Catalisador V₂O₅, a Dupla absorção e Absorver SO₃.
Parâmetros que você pode mudar
- Pressão 10–400 atm
- Temperatura 300–600 °C
- Catalisador de ferro em pó
- Proporção em mol H₂ : N₂ 1 : 1, 2 : 1, 3 : 1 (estequiométrica), 4 : 1
- Tela Equilíbrio, Projeto da fábrica, Processo de contato
- Temperatura da fábrica 300–600 °C
- Pressão da fábrica 50–400 atm
- Catalisador de ferro na fábrica
- Reciclar o gás que não reagiu
- Temperatura do processo de contato 350–650 °C
- Pressão do processo de contato 1–10 atm
- Catalisador V₂O₅
- Dupla absorção
- Absorver SO₃ em H₂SO₄ 98%, em água
Perguntas para explorar
- Por que a amônia não é produzida em temperatura baixa, mesmo com rendimento de equilíbrio maior?
- Qual proporção em mol H₂ : N₂ corresponde aos coeficientes da equação, e por quê?
- Como o catalisador de ferro afeta o rendimento de equilíbrio e o tempo para atingir o equilíbrio?
- Por que uma fábrica Haber recicla o nitrogênio e o hidrogênio que não reagiram?
- Por que o SO₃ é absorvido em ácido sulfúrico concentrado e não em água?
