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Propósito de usar K2O y Al2O3 en el Proceso de Haber

Nuestro libro de texto afirma que el uso de un catalizador como el óxido de hierro con pequeñas cantidades de $\ce{K2O}$ y $\ce{Al2O3}$ (que actúan como promotores) aumenta la velocidad de alcanzar el equilibrio en el Proceso de Haber.

¿Por qué queremos alcanzar el equilibrio? ¿No queremos más producción de amoníaco, por lo que alcanzar el equilibrio no sería eficiente, verdad?

El proceso de Haber se lleva a cabo a alta presión y baja temperatura (Principio de Le Chatelier) para producir más rendimiento y aumentar la velocidad de reacción hacia adelante. Aquí no deseamos alcanzar el equilibrio.

Cuando se alcanza el equilibrio, la velocidad de la reacción hacia adelante y hacia atrás se vuelve igual. Si queremos maximizar el rendimiento, entonces la reacción no debería llegar al equilibrio. Según mi razonamiento, creo que la reacción debería ir en la dirección hacia adelante y producir más productos, y al mismo tiempo, el producto debe ser eliminado para facilitar más producción, de lo contrario resultaría en una reacción hacia atrás y cuando se alcance el equilibrio, ya no se formará más producto.

¿Por qué deberíamos agregar un catalizador y ayudar a que la reacción alcance el equilibrio más rápido?

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Kevin Gorski Puntos 2860

Generalmente, los catalizadores nunca afectan el punto de equilibrio, solo aceleran su alcanze desde cualquier lado.

Para esta reacción específica,

$$\ce{N2(g) + 3 H2(g) <=> 2 NH3(g)}$$

es un proceso exotérmico, por lo que temperaturas más altas aceleran las reacciones, pero proporcionan un rendimiento más bajo en el equilibrio.

Considerando el rendimiento de la reacción, es ventajoso:

  • Alcanzar el equilibrio lo más cerca posible para obtener un alto rendimiento en un solo paso de catalizador.
  • Tener el punto de equilibrio desplazado hacia los productos.

Este último necesita temperaturas relativamente bajas, donde la reacción avanza muy lentamente, pero es acelerada por el catalizador.

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