O ácido nítrico é produzido a partir da amônia. A primeira etapa desse processo envolve a queima da amônia (na presença de oxigênio molecular). Nessa etapa os produtos obtidos são óxido nítrico e água.
a) Dê a fórmula molecular dos reagentes e produtos dessa etapa do processo.
b) Construa a equação química balanceada para a reação envolvida na primeira etapa do processo.
c) Calcule a massa máxima do óxido nítrico que poderia ser obtida pela queima de
de amônia e a massa de oxigênio molecular necessária.
a) Dê a fórmula molecular dos reagentes e produtos dessa etapa do processo.
b) Construa a equação química balanceada para a reação envolvida na primeira etapa do processo.
c) Calcule a massa máxima do óxido nítrico que poderia ser obtida pela queima de
Passo 1
Vou deixar muito claro o que o enunciado pede e o que já é dado.
-
O enunciado pergunta três coisas:
- (a) quais são as fórmulas moleculares dos reagentes e produtos da primeira etapa (queima da amônia);
- (b) montar a equação química balanceada dessa reação;
- (c) calcular a massa máxima de óxido nítrico que pode ser obtida a partir de
de amônia e a massa de necessária.
-
Informações fornecidas / assumidas:
- Massa de amônia disponível:
(ou seja, ). - A queima da amônia (combustão/oxidação) na presença de oxigênio forma óxido nítrico e água.
- Não foi dito que o oxigênio é limitante; portanto vamos calcular a massa de
necessária para consumir toda a amônia e o rendimento teórico máximo de (ou seja, assumimos conversão total, rendimento 100%).
- Massa de amônia disponível:
Passo 2
Identificar as fórmulas moleculares dos reagentes e produtos (informação básica de nomenclatura).
-
Amônia:
.
Explicação rápida: um átomo de nitrogênio () ligado a três hidrogênios ( ), portanto fórmula . -
Oxigênio molecular (reagente):
.
Explicação rápida: oxigênio diatômico na forma molecular é. -
Óxido nítrico (produto):
.
Explicação rápida: óxido formado por N e O na razão 1:1. -
Água (produto):
.
(Resposta da parte (a) encontrada: as fórmulas são
,
,
e
.)
Passo 3
Montar a equação química não balanceada e explicar o método de balanceamento.
- Equação não balanceada:
- Método didático (coeficientes algébricos): atribuo coeficientes inteiros
tais que
Balanceando átomos por elemento:
- Nitrogênio:
. - Hidrogênio:
(porque cada tem 3 H e cada tem 2 H). - Oxigênio:
(cada tem 2 O; produtos têm O em e O em ).
Escolhe-se um valor conveniente para
que torne
inteiro: se
então
Portanto a equação balanceada é
(Resposta da parte (b) encontrada.)
Passo 4
Explicar o raciocínio estequiométrico e as ferramentas que vamos usar para calcular massas.
- Conceito de mol: um mol de qualquer substância contém
partículas; em química prática convertemos massa em mol usando a massa molar. - Massa molar (M): massa de 1 mol, numericamente igual à soma das massas atômicas. Ex.:
. - Relação massa ↔ mol:
, onde é número de mols, a massa (g) e a massa molar (g·mol^{-1}). - Relação estequiométrica: os coeficientes da equação balanceada dão a proporção molar entre reagentes e produtos. Por exemplo, da equação balanceada,
geram (relação 1:1 em mols).
Vamos aplicar isso numericamente. Usaremos massas atômicas típicas:
,
,
(unidades
).
Passo 5
Calcular a massa molar e o número de mols de
disponível.
- Massa molar da amônia:
- Converter
para gramas e calcular mols:
Explicação: aqui foi usada a fórmula
. O resultado tem mais casas; mantenho com duas casas decimais significativas compatíveis com os dados.
Passo 6
Determinar quantos mols de
podem ser formados (rendimento teórico).
- Pela estequiometria da reação balanceada:
ou seja,
. Logo
Passo 7
Calcular a massa máxima (teórica) de
produzida.
- Massa molar do
:
- Massa de
formada:
- Converter para quilogramas e arredondar de acordo com os algarismos dos dados (
tem 3 algarismos significativos):
Comentário: esse é o rendimento teórico máximo, assumindo que toda a amônia reage completamente.
Passo 8
Calcular a massa de
necessária para consumir toda a amônia (reagente limitante).
- Relação estequiométrica entre
e na equação balanceada:
Logo, por mol de
são necessários
mol de
.
- Mols de
necessários:
- Massa molar do
:
- Massa de
necessária:
- Converter para quilogramas e arredondar (3 algarismos significativos):
Passo 9
Observações finais e interpretação (rápidas e motivadoras).
- Resultado é teórico (rendimento 100%); na prática reações podem ter rendimentos menores devido a perdas, formação de subprodutos etc.
- Bom trabalho até aqui — você já montou a reação, balanceou e fez as conversões estequiométricas passo a passo. Confia: isso cai muito em prova e ficou bem estruturado!
Resposta
(a) Reagentes e produtos:
(b)
(c) Massa máxima de
:
Massa de necessária:
Massa de