Equilíbrio químico e pressão parcial [UFMG]

A amônia é um dos compostos inorgânicos mais importantes. Industrialmente, pode ser fabricada pela reação entre N2 e H2, na presença de catalisadores, à temperatura e à pressão elevadas:

N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g)

A figura ilustra a dependência do rendimento em relação à temperatura, em uma determinada pressão total P, expressa em atm.



A) Em vista das informações contidas na figura, a síntese da amônia é um processo endotérmico ou exotérmico? Explique seu raciocínio.
B) Justifique o uso de temperatura e pressão elevadas na síntese industrial da amônia.
C) Verificou-se que, na pressão total p, as pressões parciais de N2(g) e H2(g) são, respectivamente, 2,5 e 100 atm. O valor da constante de equilíbrio, à temperatura T, para a equação anterior, é Kp = 4x10–3. Mediante cálculos apropriados e o uso da figura, determine qual é a temperatura T (em ºC).

A) Se quanto menor a temperatura, maior o rendimento de obtenção de NH3 (sentido direto da reação), a reação é exotérmica (∆H<0).


B) Altas temperaturas? O correto seria utilizar baixas temperaturas (para favorecer a reação no sentido direto, já que a reação é exotérmica) e altas temperaturas (haja vista o equilíbrio da reação direta ser favorecido pelo fato de o volume gasoso resultante da reação direta ser menor que o da reação inversa -- 4V nos reagentes e 2V no produto).

C) p [N2] = 2,5 atm
p [H2] = 100 atm
Kp = 4.10^{-3}

Equação de Kp da reação descrita:


(P NH3)² = 10.10^{-3}.10^{6}
(P NH3)² = 10^{4}
(P NH3) = 10^{2} atm

Traçando essa pressão parcial no gráfico, verificamos a temperatura: 300 ºC
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Espero ter ajudado ;]

PS: No item B, há algo estranho.. Se vc puder enviar o gabarito, se tiver, pode ajudar no entendimento da questão.

É preciso complementar a resposta ao item b).

O processo industrial de fabricação de amônia é conhecido como Síntese de Haber-Bosch e de fato é feito sob altas pressões e temperaturas.

As altas pressões, como bem notado pelo amigo schow, são utilizadas para deslocar o equilíbrio no sentido direto (menor número de mols gasosos) e aumentar o rendimento da reação. 

As altas temperaturas -- embora desloquem a reação no sentido contrário ao da produção da amônia, prejudicando seu rendimento -- são utilizadas por um motivo fundamental: velocidade. Toda reação, seja endotérmica ou exotérmica, tem sua velocidade aumentada em temperaturas maiores. E, como os senhores devem saber, tempo é uma grandeza valiosíssima para a indústria.

Robson Jr. escreveu:É preciso complementar a resposta ao item b).

O processo industrial de fabricação de amônia é conhecido como Síntese de Haber-Bosch e de fato é feito sob altas pressões e temperaturas.

As altas pressões, como bem notado pelo amigo schow, são utilizadas para deslocar o equilíbrio no sentido direto (menor número de mols gasosos) e aumentar o rendimento da reação. 

As altas temperaturas -- embora desloquem a reação no sentido contrário ao da produção da amônia, prejudicando seu rendimento -- são utilizadas por um motivo fundamental: velocidade. Toda reação, seja endotérmica ou exotérmica, tem sua velocidade aumentada em temperaturas maiores. E, como os senhores devem saber, tempo é uma grandeza valiosíssima para a indústria.

Verdade, Robson, obrigado por complementar e por me corrigr, isso é importante.