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El dióxido de nitrógeno ($\ce{NO2}$), además de ser un gas corrosivo para la piel y el tracto respiratorio, es un gas contaminante, que se forma en las reacciones de combustión a alta temperatura y elevadas presiones. El dióxido de nitrógeno ($\ce{NO2}$) puede reaccionar con el ozono presente en la atmósfera según la reacción química ajustada siguiente: $$\ce{2NO2(g) + O3(g) <=> N2O5(g) + O2(g)}$$ Varios estudios experimentales han concluido que, a una determinada temperatura, esta reacción sigue una cinética de primer orden respecto del dióxido de nitrógeno y también de primer orden respecto del ozono.

La empresa AgroFer S.A. busca optimizar la producción de amoníaco ($\ce{NH3}$) mediante el proceso Haber-Bosch, clave en la fabricación de fertilizantes. Dado su alto consumo energético, pequeñas mejoras pueden tener gran impacto económico y ambiental. Este proceso combina nitrógeno del aire ($\ce{N2}$) y gas hidrógeno ($\ce{H2}$) a alta presión y temperatura, dando lugar a amoníaco ($\ce{NH3}$), un compuesto fundamental para la producción de fertilizantes que permiten mejorar los rendimientos agrícolas. Como parte del equipo técnico, ¿podría analizar cómo afectan distintas condiciones al rendimiento de la síntesis de amoníaco ($\ce{NH3}$) para proponer soluciones eficientes y sostenibles? En la planta piloto se introduce una mezcla de gases en un reactor de $10\,\text{L}$ a $400\,^\circ\text{C}$ con las cantidades de $1\,\text{mol}$ de nitrógeno ($\ce{N2}$) y $3\,\text{moles}$ de hidrógeno ($\ce{H2}$) como cantidades iniciales. Cuando se alcanza el equilibrio, se ha formado $1\,\text{mol}$ de $\ce{NH3(g)}$ y se ha observado que la entalpía obtenida ($\Delta H$) en la reacción es de $-92\,\text{kJ/mol}$.

A $1500^{\circ}\text{C}$, la constante de equilibrio, $K_c$, para la reacción: $$\ce{H2(g) + CO2(g) <=> H2O(g) + CO(g)}$$ vale $4{,}2$. Para iniciarla se introducen $0{,}6$ moles de $\ce{H2}$ y $0{,}6$ moles de $\ce{CO2}$ en un recipiente de $4\,\text{L}$.

Experimentalmente, hemos llevado a cabo el seguimiento de la reacción en fase gaseosa siguiente, en un recipiente cerrado y a una temperatura de $300\,\text{K}$: $$\ce{2 A (g) <=> 2 B (g) + 3 C (g)}$$ En el gráfico siguiente podemos ver los cambios de concentración de las tres sustancias gaseosas A, B y C, en función del tiempo.