4.45 O processo de Haber de síntese da amônia é um dos processos industriais mais importantes para o bem-estar da humanidade. Ele é muito usado na produção de fertilizantes, polímeros e outros produtos. (a) Que volume de hidrogênio em 1,00 atm e
deve ser usado para produzir 1,0 tonelada métrica (
) de NH3? (b) Que volume de hidrogênio seria necessário em (a) se o gás fosse fornecido em
atm e
?
Passo 1
Beleza, a questão tá falando do processo de Haber, que é a reação
N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃
e pede pra gente descobrir quanto de H₂ (em volume de gás) a 1,00 atm e 350 °C precisa pra produzir 1 t de NH₃. Depois, na parte (b), repete o cálculo mudando pra 3,76×10² atm e 250 °C.
Conteúdo: este é um exercício de estequiometria (relação de mols na reação) + Lei dos Gases Ideais (PV = nRT). Vamos precisar: molar mass do NH₃, conversão de temperatura pra Kelvin, valor da constante R e a fórmula do gás ideal.
N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃
e pede pra gente descobrir quanto de H₂ (em volume de gás) a 1,00 atm e 350 °C precisa pra produzir 1 t de NH₃. Depois, na parte (b), repete o cálculo mudando pra 3,76×10² atm e 250 °C.
Conteúdo: este é um exercício de estequiometria (relação de mols na reação) + Lei dos Gases Ideais (PV = nRT). Vamos precisar: molar mass do NH₃, conversão de temperatura pra Kelvin, valor da constante R e a fórmula do gás ideal.
Passo 2
Primeiro, converte 1,0 t de NH₃ em mols.
1 t = 10³ kg = 1 000 000 g.
Massa molar do NH₃ = 14,01 + 3×1,01 ≈ 17,03 g/mol.
Então
1 t = 10³ kg = 1 000 000 g.
Massa molar do NH₃ = 14,01 + 3×1,01 ≈ 17,03 g/mol.
Então
Passo 3
Agora, pela reação N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃, pra cada 2 mol de NH₃ você precisa de 3 mol de H₂.
Logo
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Passo 4
Parte (a): calcular volume de H₂ a 1,00 atm e 350 °C.
- Converte T: 350 °C = 350 + 273,15 = 623,15 K.
- Usa a Lei dos Gases Ideais:
Com R = 0,08206 L·atm·mol⁻¹·K⁻¹, P = 1,00 atm e n = 8,81×10⁴ mol, dá
Passo 5
Parte (b): mesmo n e R, mas P = 3,76×10² atm e T = 250 °C = 523,15 K. Então
Resposta
(a) 4,50×10^6 L de H₂ a 1,00 atm e 350 °C.
(b) 1,01×10^4 L de H₂ a 3,76×10^2 atm e 250 °C.
(b) 1,01×10^4 L de H₂ a 3,76×10^2 atm e 250 °C.