Anàlisi de l’equilibri químic de la reacció de síntesi d’amoníac

Donada la reacció $$4 \text{NH}_3 (\text{g}) + 3 \text{O}_2 (\text{g}) \rightleftharpoons 2 \text{N}_2 (\text{g}) + 6 \text{H}_2\text{O} (\text{l})\quad \Delta H = -80 \, \text{kJ}$$.

a) Raona com tendirà que modificar-se la temperatura per augmentar la proporció de nitrogen molecular una vegada aconseguit l’equilibri. Per contestar tots els apartats, aplicaré el Principi de Le Chatelier: “al pertorbar un equilibri, el sistema evoluciona fins a un nou estat d’equilibri, oposant-se a la variació que se li ha fet i establint un nou equilibri”. En aquest cas, es tracta d’un equilibri exotèrmic (\( \Delta H < 0 \)) que se ve afavorit, d’acord amb el Principi de Le Chatelier, per les baixes temperatures. Per tant, per augmentar la proporció de nitrogen, caldrà disminuir la temperatura.

b) Raona com tendria que modificar-se la pressió per augmentar la proporció de nitrogen molecular una vegada aconseguit l’equilibri. D’acord amb el Principi de Le Chatelier, per augmentar la proporció de nitrogen molecular, cal augmentar la pressió, ja que a l’equilibri es desplacen les moles de gas, en aquest cas, en la direcció en què disminueixen el nombre de moles de gas, és a dir, cap a la dreta.

c) Arribant a l’equilibri, com influiria la injecció extra d’oxigen. D’acord amb el Principi de Le Chatelier, en augmentar la concentració d’oxigen, l’equilibri es desplaçarà cap a la dreta, i per tant, es produirà una disminució de la seva concentració, afavorint la reacció amb l’amoníac.

d) Com influiria en l’equilibri el fet que es fes retirant aigua del reactor a mesura que es forma. No tindria cap influència, ja que es tracta d’un equilibri heterogeni gas-líquid i l’aigua és un líquid pur.