9.15 Descreva os três métodos comuns para a síntese de compostos binários de hidrogênio e ilustre cada um deles com uma equação química balanceada.

Passo 1

O enunciado pede que eu descreva os três métodos comuns para a síntese de compostos binários de hidrogênio e que ilustre cada método com uma equação química balanceada.
Informações relevantes retiradas do enunciado: preciso dar três métodos distintos e, para cada um, apresentar uma equação química balanceada que ilustre o método. Não há outras restrições fornecidas.

Passo 2

Método 1 — síntese por combinação direta dos elementos (reação de síntese): aqui juntamos o gás hidrogênio com o outro elemento na forma elementar. É uma reação de combinação do tipo “A + B → AB”. Frequentemente exige energia (calor, luz) ou catalisador porque rompemos ligações nas moléculas iniciais e formamos novas ligações em AB. Na hora da prova, identifique que se o enunciado diz “a partir dos elementos” ou “diretamente dos elementos” use este método.
Exemplo e explicação do balanço: ao combinar um mol de \text{H}_2 com um mol de \text{Cl}_2 obtemos dois mols de \text{HCl}. A equação balanceada é
\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \to 2\text{HCl}.
Notas didáticas: para halogenetos de hidrogênio (como \text{HCl}) a reação pode ocorrer por cadeia radicalar iniciada por luz; para \text{H}_2 + \tfrac{1}{2}\text{O}_2 \to \text{H}_2\text{O} ocorre combustão (energética) — em provas prefira multiplicar para evitar frações: \,2\text{H}_2 + \text{O}_2 \to 2\text{H}_2\text{O}.

Passo 3

Método 2 — liberação a partir de sais/compostos por protonação (acidificação, deslocamento): muitos hidretos covalentes (especialmente os hidretos dos não-metais como haletos de hidrogênio ou hidretos de enxofre) são obtidos fazendo reagir um sal contendo o ânion desejado com um ácido mais forte que libera o ácido volátil. A ideia é: o íon X^- (presente no sal) é protonado por um ácido forte para formar HX (gás) que pode ser separado. Na prova, ao ver “a partir de um sal X^-” pense nesse método.
Exemplo e explicação do balanço: preparação de \text{HCl} em laboratório a partir de cloreto de sódio e ácido sulfúrico concentrado:
\text{NaCl} + \text{H}_2\text{SO}_4 \to \text{HCl} + \text{NaHSO}_4.
Verificação do balanço: na esquerda temos \text{Na}:1,\\ \text{Cl}:1,\\ \text{H}:2,\\ \text{S}:1,\\ \text{O}:4; na direita \text{Na}:1,\\ \text{Cl}:1,\\ \text{H}:2,\\ \text{S}:1,\\ \text{O}:4. Observação prática: para haletos mais facilmente oxidados (Br^-, I^-) usar ácido sulfúrico pode oxidar o ânion; por isso em laboratório prefere-se ácido fosfórico ou outras rotas para evitar oxidação.

Passo 4

Método 3 — hidrogenação/redução catalítica ou processo industrial (uso de \text{H}_2 com catalisador/alta pressão): muitos hidretos (especialmente hidretos de elementos menos reativos como nitrogênio) são obtidos pela redução direta do elemento com \text{H}_2 sob condições especiais (alta pressão, alta temperatura, catalisador). Este é o método usado industrialmente quando a simples combinação direta à temperatura ambiente é lenta ou inexistente. Na prova, se aparecer “industrial” ou “produção de grande escala”, pense em processos catalíticos e de alta pressão.
Exemplo clássico (processo Haber para amônia) e explicação do balanço: nitrogênio gasoso é combinado com hidrogênio sob catalisador de ferro para formar amônia:
\text{N}_2 + 3\text{H}_2 \rightleftharpoons 2\text{NH}_3.
Verificação do balanço: à esquerda \text{N}:2,\\ \text{H}:6; à direita \text{N}:2,\\ \text{H}:6. Observações didáticas: a seta dupla indica equilíbrio; na indústria trabalha-se com alta pressão e temperaturas moderadas e catalisador para deslocar o rendimento para a direita.

Passo 5

Dicas práticas e como escolher o método na prova (resumo didático rápido, para te orientar quando estiver apressado):
  • Se o enunciado diz “a partir dos elementos” ou mostra \text{H}_2 e o outro elemento, use combinação direta (mencione condições se pedirem).
  • Se o enunciado dá um sal com o ânion X^- (por ex. \text{Cl}^-,\\ \text{S}^{2-}), pense em acidificação (liberar \text{HX} com um ácido apropriado) — escreva a reação e cheque o balanceamento.
  • Se for um composto muito estável (ex.: \text{N}_2) ou for produção em grande escala, considere o método de hidrogenação catalítica (Haber para \text{NH}_3).
    Segurança/hazards: indique sempre que gases como \text{HCl}, \text{H}_2\text{S}, \text{NH}_3 são tóxicos/irritantes e que alguns reagentes (ácidos fortes, aquecimento) requerem cuidados.

Resposta

\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \to 2\text{HCl}
\text{NaCl} + \text{H}_2\text{SO}_4 \to \text{HCl} + \text{NaHSO}_4
\text{N}_2 + 3\text{H}_2 \rightleftharpoons 2\text{NH}_3

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