Formación de moléculas y reglas de nomenclatura inorgánica

xxxxxxx

Química en procesos productivos

Instituto IACC

16 de noviembre de 2020
1. Colocar los coeficientes estequiométricos en las siguientes reacciones químicas.
Desarrollar según los pasos vistos en los contenidos de la semana (2 puntos).

A)

Paso 1

SO2(g) + O2 (g) → SO3(g)

Paso 2
Reactivos Productos
S S
4O 3O

Paso 3

2SO2(g) + O2 (g) → 2SO3(g)

Paso 4
Reactivos Productos
2S 2S
6O 6O

La ecuación está equilibrada.

B)
Paso 1

HCl + MnO2 → MnCl2 + H2O + Cl2

Paso 2
Reactivos Productos
Mn Mn
Cl 4 Cl
H 2H
2O O

Paso 3

4HCl + MnO2 → MnCl2 + 2H2O + Cl2

Paso 4
Reactivos Productos
Mn Mn
4 Cl 4 Cl
4H 4H
2O 2O

La ecuación está equilibrada.

C)

Paso 1
CuFeS2 + O2 → SO2 + CuO + FeO

Paso 2
Reactivos Productos
Cu Cu
Fe Fe
2S S
2O 4O

Paso 3

CuFeS2 + 3O2 → 2SO2 + CuO + FeO

Paso 4
Reactivos Productos
Cu Cu
Fe Fe
2S 2S
6O 6O

La ecuación está equilibrada.

D)

Paso 1

C4H10 + O2 → CO2 + H2O

Paso 2
Reactivos Productos
4C C
10 H 2H
2O 3O

Paso 3

2C4H10 + 13O2 → 8CO2 + 10H2O

Paso 4
Reactivos Productos
8C 8C
10 H 10 H
26 O 26 O

La ecuación está equilibrada.

2. Ejemplificar las reacciones por transferencia de protones (neutralización ácido base),

transferencia de electrones (óxido-reducción o REDOX) y precipitación (1,5 puntos).
Identificar nombre de reactantes y productos (1 punto).
Neutralización ácido base:

Ejemplo : HClO4 + Ca(OH)2 → H2O + CaClO4

Reactivos : Ácido perclórico, Hidróxido de calcio.
Productos : Óxido de hidrógeno, Perclorato de calcio.

Óxido-reducción o Redox:

Ejemplo : 4HNO3 + 3Sn + H2O → 3H2SnO3 + 4NO

Reactivos : Ácido nítrico, Estaño, Óxido de hidrógeno.
Productos : Ácido sulfuroso, Óxido de nitrógeno.

Reacciones de precipitación:

Ejemplo : 2KI + Pb(NO3)2 → 2KNO3 + PbI2

Reactivos : Yoduro de potasio, Nitrato plumboso.
Productos : Nitrato de potasio, Yoduro plumboso.

3. Explicar y ejemplificar (1,5 puntos).

 No electrolito:
 No producen Iones al disolverse en agua, son sustancias que ni fundidos ni en solución
conducen la corriente eléctrica.
Ej. Azúcares, Alcoholes y gases

 Electrolitos Fuertes:
Se ionizan casi por completo en un disolvente, son buenos conductores de electricidad.
Ej. Ácido clorhídrico, Ácido sulfúrico, Ácido nítrico, y todos los Hidróxidos (excepto el
Hidróxido de amoníaco) y la mayoría de las sales.

 Electrolito débil:
Es una sustancia que al disolverse en agua, se disocia parcialmente. Estas sustancias no
son buenas conductoras de electricidad.
Ej. Ácido acético, Ácido carbónico, Amoníaco, Ácido fosfórico.

4. Usted es contratado para realizar una capacitación respecto a los riesgos asociados en la
producción de un producto terminado y se solicita desarrollar la siguiente información en
la presentación (3 puntos).
 Explicar un proceso químico para elaborar un producto.

PROCESO DE PRODUCCIÓN DE AMONÍACO

MÉTODO DE REFORMADO DE VAPOR

A continuación, se explica el proceso de obtención de amoníaco teniendo como referencia el

diagrama de flujo de bloques del método de reformado con vapor. Este método es el más
empleado a nivel mundial para la producción de amoníaco. Se parte del gas natural constituido
por una mezcla de hidrocarburos siendo el 90% metano (CH4) para obtener el H2 necesario para
la síntesis de NH3.

Figura 1. Esquema proceso de producción de amoníaco. Recuperada de

https://www.textoscientificos.com/quimica/amoniaco/produccion

DESULFURACIÓN
Antes del reformado tenemos que eliminar el S que contiene el gas natural, dado que la empresa
distribuidora le añade compuestos orgánicos de S para olorizarlo.

R-SH + H2  RH + H2S hidrogenación

H2S + ZnO   H2O + ZnS adsorción

REFORMADO
Una vez adecuado el gas natural se le somete a un reformado catalítico con vapor de agua
(craqueo- rupturas de las moléculas de CH4). El gas natural se mezcla con vapor en la
proporción (1 : 3,3)-(gas : vapor) y se conduce al proceso de reformado, el cual se lleva a cabo
en dos etapas

REFORMADO PRIMARIO
El gas junto con el vapor se hace pasar por el interior de los tubos del equipo donde tiene lugar
las reacciones siguientes

CH4 + H2O   CO + 3H2 ΔH = 206 kj/mol

CH4 + 2H2O   CO2 + 4H2 ΔH = 166 kj/mol

reacciones fuertemente endotérmicas

Estas reacciones se llevan a cabo a 800ºC y están catalizadas por óxido de niquel (NiO), así se
favorece la formación de H2.

REFORMADO SECUNDARIO
El gas de salida del reformador anterior se mezcla con una corriente de aire en este 2º equipo, de
esta manera aportamos el N2 necesario para el gas de síntesis estequiométrico N2 + 3H2.
Además, tiene lugar la combustión del metano alcanzándose temperaturas superiores a 1000ºC.
CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O ΔH<< 0

En resumen, después de estas etapas la composición del gas resultante es aprox. N2 (12,7%),
H2 (31,5%), CO (6,5%), CO2 (8,5%), CH4 (0,2%), H2O (40,5%), Ar (0,1%). → conversión
99% de hidrocarburo.

PURIFICACIÓN
El proceso de obtención de NH3 requiere un gas de síntesis de gran pureza, por ello se debe
eliminar los gases CO y CO2.

ETAPA DE CONVERSIÓN
Tras enfriar la mezcla se conduce a un convertidor donde el CO se transforma en CO2 por
reacción con vapor de agua,

CO + H2O ↔ CO2 + H2 ΔH = -41 kj/mol

Esta reacción requiere de un catalizador que no se desactive con el CO. La reacción se lleva a
cabo en dos pasos,
a) A aprox. 400ºC con Fe3O4.Cr2O3 como catalizador → 75% de la conversión.
b) A aprox. 225ºC con un catalizador más activo y más resistente al envenenamiento: Cu-ZnO →
prácticamente la conversión completa.

ETAPA DE ELIMINACIÓN DEL CO2

Seguidamente el CO2 se elimina en una torre con varios lechos mediante absorción con K2CO3 a
contracorriente, formándose KHCO3 según

K2CO3 + CO2 + H2O   2KHCO3

Este se hace pasar por dos torres a baja presión para desorber el CO2, el bicarbonato pasa a
carbón liberando CO2. (subproducto- para fabricación de bebidas refrescantes).

ETAPA DE METANIZACIÓN
Las trazas de CO (0,2%) y CO2 (0,09%), que son peligrosas para el catalizador del reactor de
síntesis, se convierten en CH4:

CO + 3H2  CH4 + H2O

CO2 + H2  CH4 + 2H2O

Proceso sobre lecho catalítico de Ni (300ºC).

SÍNTESIS DE AMONÍACO
Así se obtiene un gas de síntesis con restos de CH 4 y Ar que actúan como inertes.
A continuación el gas se comprime a la presión de 200 atm. Aproximadamente (compresor
centrífugo con turbina de vapor) y se lleva al reactor donde tiene lugar la producción del
amoníaco, sobre un lecho catalítico de Fe.

N2 (g) + 3 H2 (g)   2 NH3 (g)

en un solo paso por el reactor la reacción es muy incompleta con un rendimiento del 14-15%. Por
tanto, el gas de síntesis que no ha reaccionado se recircula al reactor pasando antes por dos
operaciones,

 a) extracción del amoníaco mediante una condensación.

 b) eliminación de inertes mediante una purga, la acumulación de inertes es mala para el

proceso. El gas de purga se conduce a la unidad de recuperación
Ar para comercializarse
 CH4 se utiliza como fuente de energía
N2 y H2 se introducen de nuevo en el bucle de síntesis

Figura 2. Compresión y síntesis del amoníaco. Recuperada de

https://www.textoscientificos.com/quimica/amoniaco/produccion

El amoníaco se almacena en un tanque criogénico a -33ºC, el amoníaco que se evapora

(necesario para mantener la temperatura) se vuelve a introducir en el tanque.

 Presentar la ecuación química.

N2 + 3H2 → 2NH3

Reactivos Productos
2N 2N
6H 6H

 Identificar los reactantes y productos en la reacción química.

Reactivos Producto
Nitrógeno Amoníaco
Hidrógeno

 Identificar posibles efectos de los compuestos que se utilizan para elaborar el producto en
caso de accidente.
Efectos para la salud humana y el medio ambiente.
La exposición a altas concentraciones de amoniaco en el aire, puede producir quemaduras graves
en la piel, ojos, garganta y pulmones, y en casos extremos puede provocar ceguera, daño en el
pulmón (edema pulmonar) e incluso la muerte. A bajas concentraciones puede causar tos e
irritación de nariz y garganta. Su ingesta provoca quemaduras graves en la boca, la garganta y el
estómago, y en estado líquido al evaporarse rápidamente, puede provocar congelación al
contacto con la piel.
El amoníaco es fácilmente biodegradable, las plantas lo absorben con mucha facilidad
eliminándolo del medio, de hecho, es un nutriente muy importante para su desarrollo, aunque la
presencia de elevadas concentraciones en las aguas superficiales, como todo nutriente, puede
causar graves daños en los seres vivos, ya que interfiere en el transporte de oxígeno por la
hemoglobina.
Riesgos y consejos de prudencia en su manipulación.
Frases de Riesgo

 Inflamable.
 Tóxico por la inhalación.
 Causa quemaduras.
 Muy tóxico para los organismos acuáticos.

Consejos de prudencia.

 Mantener fuera del alcance de niños.

 Mantener el envase en un lugar bien ventilado.
 Mantener la sustancia lejos de las fuentes de la ignición (No fumar).
 En caso del contacto con los ojos, aclarar inmediatamente con agua y buscar consejo
médico.
 Llevar puesto ropa protectora, guantes y máscara de protección facial.
 En caso del accidente o que se encuentre indispuesto, busque consejo médico
inmediatamente.

Bibliografía
IACC (2018). Nomenclatura inorgánica y ecuación química. Química en Procesos Productivos. Semana 3

Efectos para la salud humana y el medio ambiente.

http://www.prtr-es.es/NH3-amoniaco,15593,11,2007.html#:~:text=Efectos%20para%20la
%20salud%20humana%20y%20el%20medio,el%20pulm%C3%B3n%20%28edema
%20pulmonar%29%20e%20incluso%20la%20muerte.

Formulación química
https://www.formulacionquimica.com/NH3/

Proceso de producción de Amoníaco

https://www.textoscientificos.com/quimica/amoniaco/produccion