TRABAJO 2ª EVALUACIÓN: QUÍMICA INDUSTRIAL En el trabajo de la 2ª evaluación pretendemos tratar los contenidos del tema 10: Química, industria y sociedad. En pruebas de PAU de distintos años y comunidades se han propuesto las cuestiones que aparecen a continuación. Deberás reunir información suficiente para responderlas, para ello debes recopilar información de los siguientes apartados. QUÍMICA INDUSTRIAL Y DESCRIPTIVA 1. Materias primas y productos químicos. 2. Industria del nitrógeno 2.1. El amoniaco: Estudio descriptivo de las sustancias que se necesitan para la obtención del amoniaco (hidrógeno y nitrógeno). Métodos de obtención del H 2 y del N 2. Estudio termodinámico y cinético de la síntesis de Haber-Boch Propiedades y aplicaciones del NH 3 2.2. El ácido nítrico Obtención industrial del ácido nítrico. Método de Ostwald Propiedades y aplicaciones del ácido nítrico y sus derivados (abonos nitrogenados: NH 4NO 3, (NH 4)SO 4 y urea (NH 2CONH 2) 3. El ácido Sulfúrico Propiedades y aplicaciones del ácido sulfúrico. Obtención industrial del ácido sulfúrico: obtención por el método de contacto. 4. El ácido fosfórico: sus aplicaciones más relevantes. 5. Impacto ambiental. Principio de precaución. 5.1. Emisiones a la atmósfera, a los acuíferos y sólidas. Problemas medioambientales que pueden ocasionar. 5.2. Controles de los vertidos por su influencia en el medio ambiente. Preguntas PAU: Amoniaco: 1. La síntesis del amoniaco es un proceso exotérmico. a. Explicar cómo afecta al número de moles de amoniaco formados: i. Aumento de la temperatura. ii. Disminución del volumen de la vasija. iii. Adición de nitrógeno. b. Describir brevemente las condiciones industriales utilizadas en la síntesis del amoniaco. (sept 90 CV) 2. Describir la síntesis industrial del amoniaco especificando las condiciones utilizadas. Escribir tres ecuaciones químicas que pongan de manifiesto tres propiedades distintas del ácido nítrico. (sept 92 CV) 1
3. La síntesis del amoníaco se basa en el proceso de Haber-Bosch es una de las reacciones más importante que la industria utiliza en el mundo para obtener, entre otros, un abono tan importante como el nitrato amónico. a) Escribe la reacción de obtención del amoníaco, según la síntesis de Haber-Bosch. b) La reacción de síntesis del amoníaco es exotérmica, cuáles deben ser las presiones y las temperaturas más adecuadas para esta síntesis? c) El ácido nítrico se obtiene a partir del amoníaco sintético. Explica el proceso y cómo una vez sintetizado podrías obtener nitrato amónico. (PAU junio 94 CV) 2. La obtención industrial del NH 3 se realiza haciendo reaccionar el N 2 (g) con H 2 (g). Esta reacción se conoce como síntesis de Haber-Bosch. a) Justifica por qué esta reacción no se utiliza como método de obtención del NH 3 en los laboratorios escolares. b) Nombra, al menos, dos características del NH 3 que permita reconocer su presencia en el proceso anterior. (PAU sept 94 CV) 3. Explica brevemente la obtención industrial del amoniaco. (Zaragoza 94) 4. Obtención y propiedades del amoniaco. (Navarra 95) 5. La síntesis de fertilizantes nitrogenados tiene como base inicial la obtención del amoniaco a partir de sus elementos. a) Escriba dicha reacción de obtención. b) Aunque la reacción es exotérmica, a escala industrial se lleva a cabo a temperaturas elevadas. Explique los efectos termodinámicos y cinéticos de este hecho. c) Si se utilizase el aire directamente como materia prima, se podría obtener algo más que amoniaco en la reacción? Razone la respuesta. d) Por qué tiene importancia socioeconómica el desarrollo de procesos que faciliten la obtención del amoniaco con un buen rendimiento? (Madrid Junio 1998. 6. Razonar y justificar si el amoniaco se emplea como uno de los reactivos a utilizar: a) En la industria de la obtención del ácido nítrico. b) En la obtención industrial de abonos para la agricultura. c) En la obtención de ácidos débiles previa disolución del mismo en agua. d) Como producto de limpieza. (Castilla- León junio 99) 7. El año 1918, dada la importancia industrial del amoníaco, Haber fue galardonado con el Premio Nobel de Química por el proceso de síntesis que lleva su nombre. Indique los principales usos y aplicaciones industriales del amoníaco. (Cataluña junio 07) 2
8. La urea CO(NH2)2 se utiliza como fertilizante nitrogenado y se obtiene a partir de CO2 y NH3. a) Escribe la reacción de obtención ajustada, sabiendo que además de urea se produce H2O; b) Escribir las reacciones de obtención del CO2 y del NH3; c) Cuáles serían los materiales existentes en la naturaleza de los que se partiría para poder fabricar urea. (Madrid Septiembre 1997)º. 9. La síntesis del NH 3 tiene una gran importancia industrial. Sabiendo que la entalpía de formación del amoniaco es de -46,2 kj.mol -1. a) Predecir las condiciones de presión y temperatura (alta o baja) más favorables para la síntesis del amoniaco, justificando la respuesta. b) A bajas temperaturas la reacción es demasiado lenta para su utilización industrial. Indique razonadamente cómo podría modificarse la velocidad de reacción para hacerla más rentable industrialmente. (PAU CV sept 08) 10. El amoniaco constituye la materia prima para la industria de fertilizantes nitrogenados, obteniéndose industrialmente mediante la llamada síntesis de Haber N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) H < 0 a) Cómo influirá en el equilibrio un aumento de la temperatura? b) Si aumentamos la presión en que sentido se desplazará el equilibrio? c) Cuáles serían las condiciones de presión y de temperatura que favorecerían la producción de NH 3? d) Si S < 0 sería espontánea la reacción? Razónalo. (Canarias 07) Ácido nítrico 11. Describa esquemáticamente el proceso de obtención del ácido nítrico a partir del amoniaco, escribiendo las ecuaciones de las reacciones químicas que tienen lugar e indicando los cambios en el estado de oxidación del Nitrógeno en cada una de ellas (Junio 84 Valencia) 12. Escribir dos tipos de reacción que justifique el comportamiento químico más representativo del ácido nítrico. Describir alguna aplicación industrial del ácido nítrico. (Junio 89 CV) 13. Propiedades químicas del ácido nítrico. Escribir reacciones que lo pongan de manifiesto. (Sept 93 CV) 14. El esquema de obtención industrial del ácido nítrico puede resumirse en las siguientes etapas: I.- 4 NH3 + 5O2 4NO + 6H2 + 6H2O; H= 903.7 kj; II.- 2NO + O2 2NO2 ; III.- 3NO2 + H2O 2HNO3 + NO H= 113.36 kj; 3
a) Explique que reacción se produce en cada una de las etapas del proceso. b) Como afectaría un aumento de presión y de temperatura en los equilibrios I y II. c) Observe el esquema adjunto y razone si las etapas I y II se realizan a diferentes temperaturas. (Madrid Junio 1997). 15. La segunda etapa del proceso de Ostwald para la fabricación del ácido nítrico consiste en la oxidación del monóxido de nitrógeno: 2NO (g) + O 2 (g) 2 NO 2 (g); H = -113 KJ Qué condiciones de presión y temperatura conviene adoptar para obtener un elevado rendimiento en la producción de NO 2? Razonar la repuesta. (PAU junio 95 CV) 16. Describe cómo se obtienen en la industria del ácido nítrico los principales óxidos de nitrógeno (NO y NO 2) y comenta el efecto de los mismos en el fenómeno de la lluvia ácida (es segunda parte ya se respondió en el anterior trabajo) (Castellón, junio 95) 17. Propiedades y aplicaciones del ácido nítrico. (sept 97 CV) 18. Escribe las ecuaciones químicas de los procesos que se utilizan para obtener el ácido nítrico a partir del amoniaco por el proceso de Ostwald. Debe ser catalizada alguna etapa? Cuál es el catalizador adecuado? (sept 98 CV) 19. La síntesis de fertilizantes nitrogenados tiene como base inicial la obtención del amoniaco a partir de sus elementos. a) Escriba dicha reacción de obtención. b) Aunque la reacción es exotérmica, a escala industrial se lleva a cabo a temperaturas elevadas. Explique los efectos termodinámicos y cinéticos de este hecho. c) Si se utilizase el aire directamente como materia prima, se podría obtener algo más que amoniaco en la reacción? Razone la respuesta. d) Por qué tiene importancia socioeconómica el desarrollo de procesos que faciliten la obtención del amoniaco con un buen rendimiento? (Madrid Junio 1998) Ácido sulfúrico 20. Ilustre mediante la formulación de las correspondientes reacciones químicas, tres formas características de comportamiento del ácido sulfúrico, explicándolas (junio 87 ) 4
21. Esquematizar las etapas más importantes en la obtención del ácido sulfúrico (Sept 89CV) 22. Utilizar reacciones para explicar las propiedades químicas más importantes del ácido sulfúrico (junio 90 CV) 23. a) Describe el método de contacto en la fabricación del ácido sulfúrico. b) Escribe reacciones que pongan de manifiesto las tres propiedades químicas más importantes del ácido sulfúrico. (Valencia junio 94) 24. Explica las propiedades químicas del ácido sulfúrico (escribiendo las correspondientes reacciones ajustadas) y comenta las aplicaciones de este ácido (junio 2001) 25. Describe brevemente la síntesis industrial del ácido sulfúrico mediante el método de contacto, indicando las etapas principales y las condiciones de reacción. (Rioja, septiembre 03) 26. Contesta a las siguientes cuestiones: a) Escriba las reacciones e indique los catalizadores que se utilizan en la síntesis del ácido sulfúrico, ácido nítrico y amoníaco. (Castilla León sept 00) 27. Describa brevemente la síntesis industrial del ácido sulfúrico mediante el método de contacto, indicando las etapas principales y las condiciones de reacción. (La Rioja sept 03) 5