A amônia é queimada para formar ácido nítrico na seguinte reação:
Se 50 Kg de amônia e 100 Kg de oxigênio alimentam um reator em batelada, determine o reagente limitante, a percentagem de excesso do outro reagente, a extensão da reação (mol) e a massa de NO produzido (kg), admitindo que a reação é completa.
Passo 1
O enunciado dá a equação da reação e as massas iniciais dos reagentes, e pede várias coisas. Em particular:
- Reação dada:
- Massas alimentadas ao reator (batelada):
- Admite-se reação completa.
As perguntas que devemos responder são:
- Determinar o reagente limitante.
- Determinar a percentagem de excesso do outro reagente.
- Determinar a extensão da reação (em mol).
- Determinar a massa de
produzida (em kg).
Passo 2
Verificação e balanceamento estequiométrico (importante antes de fazer contas). A equação fornecida no enunciado aparece desbalanceada (os átomos não coincidem). Para fazer estequiometria precisamos da equação balanceada. A equação correta, com coeficientes inteiros baixos, para a oxidação de amônia a óxido nítrico é:
Isto garante conservação de N, H e O. A partir daqui usamos esses coeficientes para as razões estequiométricas.
Passo 3
Converter massas em número de mols. Vou lembrar a fórmula básica: para qualquer substância,
onde
é o número de mols,
é a massa (em g) e
é a massa molar (em g·mol^{-1}). Vou usar massas atômicas aproximadas:
,
,
.
- Massa molar da amônia:
- Massa molar do oxigénio molecular:
Converter as massas para gramas:
,
.
Calcular os mols:
Passo 4
Determinar o reagente limitante usando as proporções estequiométricas. Da equação balanceada:
Para consumir totalmente os
disponíveis seria necessário:
Mas só temos
, que é menor que o necessário. Logo o
é o reagente limitante (é o que se esgota primeiro).
Passo 5
Calcular a percentagem de excesso do reagente em excesso (aqui, a amônia). Primeiro determinar quanto de
seria necessário para reagir com todo o
disponível:
A amônia inicial é
, então o excesso em mols é:
A definição usual de percentagem de excesso que usaremos é:
Aplicando:
Passo 6
Calcular a extensão da reação
(em mol). Conceito: a extensão
é uma medida do “número de vezes” que a reação estequiométrica ocorreu; para um reagente limitante
com coeficiente estequiométrico
(em módulo), se esse reagente é totalmente consumido então
Aqui o coeficiente de
na equação balanceada é
, e como o
é limitante ele será totalmente consumido. Assim:
(Essa
significa que a reação completa “ocorreu”
mol vezes; a partir disso podemos obter as quantidades de consumo/produção de todas as espécies.)
Passo 7
Determinar a massa de
produzida. A estequiometria diz que para cada
a produção de
é
mol por unidade de extensão, logo o número de mols de
formado é:
Massa molar do
:
Massa de
:
Converter para kg:
Resposta
Reagente limitante:
\n
Percentagem de excesso da amônia: \n
Extensão da reação: \n
Massa de produzida:
Percentagem de excesso da amônia:
Extensão da reação:
Massa de