Em condições apropriadas \mathrm{H}_{2} reage com \mathrm{N}_{2} par formar \mathrm{NH}_{3}.
Calcule quantas moléculas de \mathrm{NH}_{3} serão formadas quando 2 g de \mathrm{H}_{2} forem misturados com 1 mol de \mathrm{N}_{2}.

Passo 1

O enunciado dá as seguintes informações e pede uma coisa clara:
  • Reagentes e quantidades fornecidas:
    • massa de \mathrm{H}_2: 2\\ \text{g}.
    • quantidade de \mathrm{N}_2: 1\\ \text{mol}.
  • Pergunta que devemos responder:
    • Quantas moléculas de \mathrm{NH}_3 serão formadas quando essa mistura reagir em condições apropriadas?

Passo 2

Escrever a equação química balanceada e interpretar os coeficientes estequiométricos.
A reação de síntese da amônia é:
\mathrm{N}_2 + 3\mathrm{H}_2 \longrightarrow 2\mathrm{NH}_3
Explicação do que os coeficientes significam:
  • O coeficiente 1 diante de \mathrm{N}_2 significa que 1 mol de \mathrm{N}_2 reage com
  • O coeficiente 3 diante de \mathrm{H}_2 que significa 3 mols de \mathrm{H}_2,
  • Para produzir 2 mols de \mathrm{NH}_3.
Ou seja, as razões molares importantes são:
\frac{n(\mathrm{H}_2)}{n(\mathrm{N}_2)} = 3,\qquad \frac{n(\mathrm{NH}_3)}{n(\mathrm{H}_2)} = \frac{2}{3},\qquad \frac{n(\mathrm{NH}_3)}{n(\mathrm{N}_2)} = 2.

Passo 3

Conceitos que vou usar (explicados de forma simples):
  • Mol: é uma unidade que conta partículas. 1 mol corresponde a N_A partículas, onde N_A é o número de Avogadro: N_A = 6,022\times10^{23}\\ \text{partículas/mol}.í
  • Molaridade em massa (massa molar) de \mathrm{H}_2: cada átomo de H tem massa atômica aproximadamente 1{,}008\\ \text{g/mol}, então M(\mathrm{H}_2)=2\times1{,}008=2{,}016\\ \text{g/mol}.
  • Para converter massa em mols usa-se: n=\frac{m}{M},onde n é o número de mols, m a massa em gramas e M a massa molar em \text{g/mol}.
  • Reagente limitante: é o reagente que se esgota primeiro e determina a quantidade de produto formado. Para descobrir, calculamos quantos mols de cada reagente temos e comparamos com a razão estequiométrica.

Passo 4

Calcular quantos mols de \mathrm{H}_2 existem em 2\\ \text{g}.
Aplicando n=\dfrac{m}{M}:
n(\mathrm{H}_2)=\frac{2}{2{,}016}=0{,}992063\dots\\ \text{mol}.
Arredondando razoavelmente para a prova, podemos usar n(\mathrm{H}_2)=0{,}992\\ \text{mol}.

Passo 5

Determinar o reagente limitante comparando as quantidades necessárias.
  • Temos n(\mathrm{N}_2)=1\\ \text{mol} (dado).
  • Pela estequiometria, para reagir completamente 1 mol de \mathrm{N}_2 seriam necessários 3 mols de \mathrm{H}_2.
  • Disponibilizamos apenas 0{,}992\\ \text{mol} de \mathrm{H}_2, que é muito menor que os 3 mols exigidos.
Conclusão: \mathrm{H}_2 é o reagente limitante (ou seja, vai se esgotar primeiro).

Passo 6

Calcular quantos mols de \mathrm{NH}_3 são formados a partir dos mols de \mathrm{H}_2 disponíveis.
Usamos a razão estequiométrica entre \mathrm{H}_2 e \mathrm{NH}_3:
n(\mathrm{NH}_3)=n(\mathrm{H}_2)\times\frac{2}{3}.
Substituindo n(\mathrm{H}_2)=\dfrac{2}{2{,}016} ou 0{,}992063\dots:
n(\mathrm{NH}_3)=0{,}992063\dots\times\frac{2}{3}=0{,}66137566\dots\\ \text{mol}.
Arredondando razoavelmente: n(\mathrm{NH}_3)=0{,}661\\ \text{mol}.

Passo 7

Converter os mols de \mathrm{NH}_3 em número de moléculas usando o número de Avogadro.
A relação é:
N(\mathrm{NH}_3)=n(\mathrm{NH}_3)\times N_A.
Substituindo n(\mathrm{NH}_3)=0{,}66137566\dots e N_A=6{,}022\times10^{23}:
N(\mathrm{NH}_3)=0{,}66137566\dots\times6{,}022\times10^{23}\approx3{,}98\times10^{23}\\ \text{moléculas}.é

Passo 8

Resumo rápido e dica de prova:
  • O passo chave é sempre escrever a equação balanceada, converter massas para mols, identificar o reagente limitante comparando com as razões estequiométricas, e então usar as razões para achar mols de produto. Por fim multiplica-se por N_A se pedirem número de moléculas.
  • Resultado arredondado de forma adequada: 3{,}98\times10^{23} moléculas de \mathrm{NH}_3.

Resposta

3{,}98\times10^{23}\\ \text{moléculas de }\mathrm{NH}_3é

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