Química P.A.U. industrial y descriptiva

LA RIOJA / SEPTIEMBRE 03. LOGSE / QUÍMICA / QUÍMICA Y SOCIEDAD /
OPCIÓN A / CUESTIÓN Nº 5
OPCIÓN A
5.- Describa brevemente la síntesis industrial del ácido sulfúrico mediante el método de
contacto indicando las etapas principales y las condiciones de reacción.
Solución:
La obtención de ácido sulfúrico por el método de contacto, se lleva a cabo en 3 etapas:
1ª) Obtención de SO2 . Se funde el azufre sólido, se filtra y bombea a una caldera donde es
quemado; consiguiendo además vapor de agua, necesaria en toda planta química.
2ª) Conversión de SO2 en SO3 : el SO2 pasa a un convertidor, donde es oxidado con aire
tomado de la atmósfera, previamente secado por el propio ácido producido en la planta. Se
lleva a cabo con ayuda de un catalizador.
SO2 + 1/2 O2
t SO3
3ª) Obtención del ácido: en teoría se debería llevar a cabo:
SO3 + H2O
H2 SO4
Pero la acción directa del agua sobre el SO3 produce nieblas ácidas; luego se absorbe el SO3
producido con H2 SO4 mezclado con agua; se realiza en una torre de absorción, obteniendo
una mezcla de SO3 y sulfúrico (oleum), que se enfría, diluye y almacena.
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CASTILLA LEÓN / JUNIO 99. LOGSE / QUÍMICA / DESCRIPTIVA /
OPCIÓN A / Nº 5
5.- 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.
Solución.
a) El amoniaco se utiliza en la obtención del ácido nítrico mediante la combinación del
método de Haber y del método de Ostwald. El ácido nítrico se obtiene por la siguiente
secuencia de reacciones:
500º C
800º C
N2 + 3 H2 à
2 NH3 à NO + H2O
Fe, Mg
Pt, Rh
O2
H2O
NO à NO2 à N2O4 à HNO3 + HNO2 à NO + HNO3
b) El amoniaco se utiliza para fabricar fertilizantes ya que se puede transformar en el ión
amonio NH4+ :
NH3 + H+ à NH4+
Este ión puede ser asimilado por los vegetales que lo utilizan para formar sus proteínas. Así,
como fertilizante se utiliza por ejemplo el fosfato amónico: NH4H2PO4
c) En disolución acuosa el amoniaco se comporta como base débil según el equilibrio:
NH3 + H2O à NH4+ + OHEl ión amonio ( NH4+ ) , el ácido conjugado del amoniaco, es un ácido débil.
d) El amoniaco se utiliza como producto de limpieza por su capacidad de autoionizarse:
2 NH3 ⇔ NH4+ + NH2Se trata de un disolvente ionizante no acuoso. Además, tiene poder bactericida y germicida.
Sirve para limpiar la superficie ennegrecida de los metales, ya que es capaz de disolver las
partículas de óxido, sulfuro o carbonato que están depositadas. Esto se debe a la capacidad del
amoniaco para formar complejos de coordinación solubles en agua con muchos cationes
metálicos.
Por otra parte, una disolución acuosa amoniacal es una fuente de iones OH-, como ya hemos
afirmado. Este ión transforma muchos compuestos orgánicos hidrófobos (aceites, grasas) en
otros compuestos solubles en agua , y elimina las largas moléculas orgánicas apolares que
poseen facilidad para adherir partículas de polvo.
Finalmente, las disoluciones amoniacales se secan con cierta rapidez.
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CASTILLA Y LEÓN / SEPTIEMBRE 00. LOGSE / QUÍMICA / QUÍMICA Y
SOCIEDAD / BLOQUE A / CUESTIÓN 5
5.- a) Escriba las reacciones e indique los catalizadores que se utilizan en la síntesis de
ácido sulfúrico, ácido nítrico y amoníaco.
b) Escriba las reacciones e indique los catalizadores que se utilizan en la eliminación
de los gases nocivos producidos en los motores de combustión.
Solución:
a) Catalizadores de síntesis:
1) Síntesis del ácido sulfúrico.
1º etapa: obtención del SO2 por tostación de la pirita:
4 FeS2 + 11 O2 " 8 SO2 + 2 Fe2 O3
2ª etapa: oxidación del SO2 , catalizada con platino finamente dividido, o una mezcla de
Fe2 O3 y V2 O5 (son muy sensibles al arsénico, luego hemos de lavar el SO2
previamente)
SO2 + 1/2 O2 " SO3
3ª etapa: reacción del SO3 con agua, disolviéndolo antes en sulfúrico fumante (del 98%),
para dar el ácido pirosulfúrico (H2 S2 O7 ), al que se añade el agua.
SO3 + H2 SO4
H2 S2 O7 + H2 O
" H2 S2O7
" 2 H2 SO4
2) Síntesis del ácido nítrico: Método Ostwald.
1ª etapa: oxidación del amoníaco con un volumen de aire 10 veces mayor, con un
catalizador consistente en una malla de platino.
4 NH3 + 5 O2 " 4 NO + 6 H2 O
2ª etapa: oxidación del NO a NO2 con más aire:
2 NO + O2 " 2 NO2
3ª etapa: paso del NO2 por agua, obteniendo el ácido.
3 NO2 + H2 O " 2 HNO3 + NO
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CASTILLA Y LEÓN / SEPTIEMBRE 00. LOGSE / QUÍMICA / QUÍMICA Y
SOCIEDAD / BLOQUE A / CUESTIÓN 5
3) Síntesis del amoníaco: Método Haber – Bosch.
Es la reacción entre el nitrógeno y el hidrógeno. Se trata de un equilibrio exotérmico.
N2 + 3 H2 " 2 NH3
Se cataliza con cualquiera de estos catalizadores: Fe, Mo, Fe3 O4 , Al2 O3 . Para que no se
contaminen, los reactivos gaseosos deben ser muy puros.
b) Dentro de un motor de combustión , se alcanzan elevadas temperaturas, que hacen que
reaccionen el nitrógeno y el oxígeno, para dar NO, que al recombinarse con el O2 de la
atmósfera daría NO2 , gas que resulta ser muy venenoso:
N2 (g) + O2 (g ) " NO (g)
NO (g) + O2 (g) " NO2 (g)
El automóvil también emite otros gases contaminantes, como el CO. Por ello, se les fabrica
con convertidores catalíticos, con platino, paladio, u óxidos de algún metal de transición.
En una primera cámara se efectua la reducción de la emisión de CO. En la segunda cámara,
se emplean como catalizadores metales de transición, o sus óxidos, disociando el NO en N2 y
O2 antes de que salga a la atmósfera.
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