Question

1. En la propulsión de cohetes se utilizan hidrazina (N2H4) y peróxido de hidrógeno (H2O2). Reaccionan según la ecuación:

H2O2 + N2H4 = HNO3 + H2O

a. Cuando reacciona 75 g de hidrazina con 0,5 L de peróxido de hidrógeno (Densidad del peróxido de hidrógeno D= 1,41g/mL) ¿cuántos gramos de ácido nítrico se forman?
b. ¿Cuál es el reactivo limitante?
c. ¿Cuántos gramos de reactivo en exceso queda sin reaccionar?
d. ¿Cuál es el rendimiento de la reacción si se produce 68,2 g de ácido nítrico?

Answer 1

Al reaccionar 75 gramos de hidracina con 0,5 litros de peróxido de hidrógeno se obtienen 294,84 gramos de ácido nítrico, siendo el reactivo limitante la hidracina. Quedan 148,07 gramos de peróxido de hidrógeno sin reaccionar. Si se producen 68,2 gramos de ácido nítrico, el rendimiento de la reacción es de 23,13%.

¿Cómo hallar la cantidad de ácido nítrico formada?

Para calcular la cantidad de ácido nítrico formada tenemos que comenzar balanceando la ecuación química:

$7H_2O_2+N_2H_4~~- > ~~2HNO_3+8H_2O$

La cantidad de moles equivalente a 75 gramos de hidrazina es:

$n_{N2H4}=\frac{75g}{2.M_N+4M_H}=2,34mol$

Mientras que la cantidad de moles en 0,5 litros de peróxido de hidrógeno es:

$n_{H2O2}=\frac{500mL.1,41\frac{g}{mL}}{2M_H+2M_O}=20,735mol$

Como según la ecuación química, la cantidad de moles de peróxido de hidrógeno tiene que ser 7 veces mayor a la de hidracina, la cantidad de moles de peróxido de hidrógeno que reacciona es:

$n_{H2O2}=7.2,35mol=16,38mol$

Reaccionando la totalidad de la hidracina, para formar una cantidad de moles de ácido nítrico igual al doble:

$n_{HNO3}=2.2,34mol=4,68mol$

Y la masa de ácido nítrico es:

$m=n.M_{HNO3}=4,68mol(M_H+M_N+3M_O)\\m=4,68mol(1\frac{g}{mol}+14\frac{g}{mol}+3.16\frac{g}{mol})\\\\m=294,84g$

¿Cuál es el reactivo limitante de la reacción?

En el punto anterior vimos que la totalidad de la hidracina reacciona sobrando peróxido de hidrógeno. Entonces la hidracina es el reactivo limitante.

¿Qué cantidad de reactivo en exceso quedan sin reaccionar?

Vimos que reaccionan 16,38 moles de peróxido de hidrógeno de los  20,735 disponibles. Entonces, la masa de peróxido de hidrógeno en exceso es:

$m=(20,735mol-16,38mol).(2M_H+2M_O)=148,07g$

¿Qué rendimiento tiene la reacción si produce 68,2 gramos de ácido nítrico?

Vimos que idealmente la reacción produce 294,84 gramos de ácido nítrico. Si la producción real es de 68,2 gramos, el rendimiento es:

$\eta=\frac{m_r}{m_i}=\frac{68,2g}{294,84g}=0,2313$

O sea, es del 23,13%.

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