Ejercicio resuelto de Principio de Chatelier · Química · 2023

El cloruro de nitrosilo, NOCl, se puede obtener por reacción de tetraóxido de dinitrógeno con dicloro en fase gas según el siguiente equilibrio:

${\text{N}}_2{\text{O}}_4(g)+{\text{Cl}}_2(g)\rightleftharpoons 2\text{NOCl}(g)+{\text{O}}_2(g)\mathrm{\Delta }{H}^o=\mathrm{95,5}\text{ kJ}$

Indique, razonadamente, 4 formas de aumentar el rendimiento de cloruro de nitrosilo en este proceso sin tener que añadir más cantidad de reactivos.

$\mathbf{\text{Indique,}}\mathbf{\text{razonadamente,}}\mathbf{\text{4}}\mathbf{\text{formas}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{aumentar}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{rendimiento}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{cloruro}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{nitrosilo}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{este}}\mathbf{\text{proceso}}\mathbf{\text{sin}}\mathbf{\text{tener}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{a}}\widetilde{\mathbf{\text{n}}}\mathbf{\text{adir}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{cantidad}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{reactivos.}}\mathbf{\text{(2}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Todas las respuestas salen del principio de Le Chatelier: cuando se perturba un sistema en equilibrio, este evoluciona en el sentido que contrarresta la perturbación. Como no se puede añadir reactivo, quedan tres palancas: retirar productos, cambiar la temperatura y cambiar la presión.

i) Retirar el ${\mathrm{O}}_2$ del medio de reacción.

Al disminuir la concentración de uno de los productos, el sistema evoluciona en el sentido en que se vuelve a formar, es decir, hacia la derecha. Se obtiene así más NOCl.

ii) Retirar el propio NOCl según se va formando.

El razonamiento es el mismo: eliminar un producto desplaza el equilibrio hacia su formación. Es además la vía más directa, porque el producto retirado es precisamente el que interesa.

iii) Aumentar la temperatura.

Un aumento de temperatura desplaza el equilibrio en el sentido endotérmico, que es el que absorbe ese calor. El enunciado da $\mathrm{\Delta }{H}^o=+\mathrm{95,5}$ kJ, luego la reacción directa es endotérmica y el desplazamiento va hacia la derecha:

${\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_4(\mathrm{g})+\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2(\mathrm{g})\to 2\mathrm{N}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{l}(\mathrm{g})+{\mathrm{O}}_2(\mathrm{g})$

iv) Disminuir la presión del sistema, o lo que es equivalente, aumentar el volumen del reactor.

Al bajar la presión el equilibrio se desplaza hacia el lado con más moles gaseosos, que es el de los productos:

$\text{reactivos}:1+1=2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\text{productos}:2+1=3\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

Conviene señalar lo que no serviría: añadir un catalizador. Rebaja por igual la energía de activación de la reacción directa y de la inversa, de modo que el equilibrio se alcanza antes pero su composición no varía, y el rendimiento sigue siendo el mismo.