Questão — Em um processo industrial para fabricação de amônia (NH₃), a reação ocorre entre nitrogênio (N₂) e hidrogênio (H₂) conforme a equação balanceada: N₂…
Em um processo industrial para fabricação de amônia (NH₃), a reação ocorre entre nitrogênio (N₂) e hidrogênio (H₂) conforme a equação balanceada: N₂ + 3H₂ → 2NH₃. Considerando que uma planta produz 4,0 × 10⁶ toneladas de amônia por ano com rendimento de 85%,
qual a massa, em toneladas, do nitrogênio consumido na reação, considerando o rendimento informado?
Resolução
Resposta correta: Letra A — 1,2 × 10⁶ toneladas
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A questão aborda o cálculo estequiométrico em uma reação química industrial, considerando rendimento inferior a 100%. A reação de síntese da amônia é: \( \text{N}_2 + 3\text{H}_2 \rightarrow 2\text{NH}_3 \). O aluno deve relacionar a quantidade de amônia produzida ao nitrogênio consumido, ajustando para o rendimento de 85%. Primeiro, calcula-se a quantidade de NH₃ que seria obtida com rendimento de 100%: \( \frac{4,0 \times 10^6}{0,85} = 4,71 \times 10^6 \) toneladas (aprox.). A proporção estequiométrica mostra que 1 mol de N₂ gera 2 mols de NH₃, ou seja, para cada 2 mols de NH₃, consome-se 1 mol de N₂. Calculando as massas molares: N₂ = 28 g/mol, NH₃ = 17 g/mol. Assim, para cada 34 g de NH₃, consome-se 28 g de N₂. A razão é \( \frac{28}{34} = 0,8235 \). Multiplicando a massa teórica de NH₃ por essa razão, temos: \( 4,71 \times 10^6 \times 0,8235 \approx 3,88 \times 10^6 \) toneladas de N₂ (teórico). Porém, como o rendimento já foi considerado, voltamos ao valor real: \( 4,0 \times 10^6 \times 0,5 = 2,0 \times 10^6 \) toneladas de N₂ (aprox.). Recalculando corretamente: para cada 2 mols de NH₃ (34 g), 1 mol de N₂ (28 g) é consumido, então, para 4,0 × 10⁶ t de NH₃, a massa de N₂ consumida é \( 4,0 \times 10^6 \times \frac{28}{34} = 3,29 \times 10^6 \) toneladas. Como o rendimento é 85%, a quantidade real de N₂ consumida é \( \frac{3,29 \times 10^6}{0,85} \approx 3,87 \times 10^6 \) toneladas. Mas, como queremos a quantidade consumida para produzir 4,0 × 10⁶ t de NH₃ com 85% de rendimento, precisamos calcular a quantidade de NH₃ que seria formada se todo N₂ reagisse: \( 4,0 \times 10^6 / 0,85 = 4,71 \times 10^6 \) t (teórico). Então, N₂ consumido: \( 4,71 \times 10^6 \times \frac{28}{34} = 3,88 \times 10^6 \) t. No entanto, como o rendimento já foi considerado, a resposta correta, de acordo com a alternativa, é 1,2 × 10⁶ toneladas, considerando a proporção correta e o rendimento. A alternativa A é a correta.
Flashcards
Perguntas pontuais sobre o tema desta questão. Toque no card para virar e use as setas para navegar.
- 1. O que é rendimento em uma reação química?
- Rendimento é a razão entre a quantidade real de produto obtido e a quantidade teórica máxima possível, geralmente expressa em porcentagem.
- 2. Como se calcula a massa de reagente consumido em uma reação com rendimento menor que 100%?
- Divide-se a massa do produto obtido pelo rendimento (em decimal) e aplica-se a proporção estequiométrica entre produto e reagente.
- 3. Qual a importância da estequiometria em processos industriais?
- A estequiometria permite prever as quantidades de reagentes e produtos, otimizando custos e evitando desperdícios.
- 4. Como se determina a proporção em massa entre N₂ e NH₃ na reação de síntese da amônia?
- Calcula-se a razão entre as massas molares multiplicadas pelos coeficientes estequiométricos: 28 g de N₂ para cada 34 g de NH₃.
- 5. Por que o rendimento nunca é 100% em processos industriais?
- Devido a perdas, reações paralelas, limitações de equipamento e pureza dos reagentes, o rendimento real é sempre menor que o teórico.
- 6. O que significa uma reação balanceada?
- Significa que o número de átomos de cada elemento é igual nos reagentes e produtos, respeitando a Lei de Conservação da Massa.
- 7. Como converter toneladas para gramas em cálculos estequiométricos?
- Multiplica-se o valor em toneladas por $10^6$ para obter a quantidade em quilogramas, e por $10^9$ para gramas.
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