Indique, escrevendo as resções químicas, dois métodos de obtenção industrial ou laboratorial de hidrogênio molecular e uma aplicação do mesmo.

Passo 1

O que o enunciado pede: indicar dois métodos (industriais ou laboratoriais) de obtenção de hidrogênio molecular e indicar uma aplicação do hidrogênio, escrevendo as reações químicas.
Informações relevantes dadas (implícitas na questão): você precisa apresentar as equações químicas balanceadas para cada método e para a aplicação. Não foram dadas restrições quanto a escolher métodos industriais ou laboratoriais, então posso escolher um industrial e um de bancada.

Passo 2

Método 1 (industrial clássico): reforma a vapor do metano — vou explicar o que é e por que gera hidrogênio.
Conceito básico: a reforma a vapor transforma hidrocarboneto (normalmente metano, CH4) e vapor d’água em monóxido de carbono (CO) e hidrogênio (H2) numa reação endotérmica que precisa de alta temperatura e catalisador. Em seguida aplica‑se a reação deslocamento-gás-água (water‑gas shift) para converter CO em CO2 e produzir mais H2. Vou escrever as equações e explicar cada termo.
Reação de reforma primária (steam reforming):
\mathrm{CH_4 + H_2O \longrightarrow CO + 3\,H_2}
Aqui: \mathrm{CH_4} é o metano; \mathrm{H_2O} é vapor d’água; o produto \mathrm{CO} é monóxido de carbono; e \mathrm{H_2} é hidrogênio molecular.
Reação deslocamento-gás-água (water‑gas shift):
\mathrm{CO + H_2O \longrightarrow CO_2 + H_2}
Somando as duas reações obtemos a reação global (faça a soma termo a termo para ver o balanço):
\mathrm{CH_4 + 2\,H_2O \longrightarrow CO_2 + 4\,H_2}
Explicação das condições: industrialmente usa‑se catalisador (geralmente níquel suportado), temperaturas elevadas (≈ 700 1100^\circ\mathrm{C}), e pressões moderadas. O CO2 é removido e o H2 é purificado (por exemplo, por adsorção por variação de pressão — PSA). A presença do passo shift aumenta o rendimento de \mathrm{H_2}.

Passo 3

Por que somei as reações e como verificar balanço estequiométrico (mini‑aula prática):
  • Para somar reações alinhamos iguais espécies em reagentes/produtos e cancelamos os que aparecem dos dois lados.
  • Verificação rápida do balanço da reação global: contar átomos de C, H e O à esquerda e direita. Na reação \mathrm{CH_4 + 2\,H_2O \to CO_2 + 4\,H_2}: carbono 1=1, hidrogênio 4+2\cdot2=8 à esquerda e 4\cdot2=8 á direita, oxigênio 2\cdot1=2 à esquerda e 2 no \mathrm{CO_2} à direita. Balanço OK. Este processo é útil na prova: escreva as etapas, some e confira átomos.

Passo 4

Método 2 (laboratorial e também usado industrialmente para “hidrogênio verde”): eletrólise da água — explico a ideia e escrevo as equações.
Conceito básico: aplicar corrente elétrica para decompor água em hidrogênio e oxigênio; é um processo endotérmico que consome energia elétrica. Em laboratório usa‑se uma fonte DC e eletrodos (Pt, grafite) e, muitas vezes, um eletrólito para aumentar a condutividade.
Equação global da eletrólise:
\mathrm{2\,H_2O(l) \longrightarrow 2\,H_2(g) + O_2(g)}
Meia‑reações (em meio ácido, por exemplo) para entender o que ocorre nos eletrodos:
cátodo (redução, produção de \mathrm{H_2}):
\mathrm{2\,H^+ + 2\,e^- \longrightarrow H_2}
ânodo (oxidação, produção de \mathrm{O_2}):
\mathrm{2\,H_2O \longrightarrow O_2 + 4\,H^+ + 4\,e^-}
Combine as meias‑reações (multiplicando a de redução por 2) para obter a equação global acima. Em eletrólise alcalina as meia‑reações usam \mathrm{OH^-}; o essencial é que a soma das meias dá a equação global.
Condições e notas: requer energia elétrica (se a eletricidade for renovável, obtém‑se “hidrogênio verde”), catalisadores de superfície (Pt, Ni, óxidos nobres) aumentam eficiência; em bancada usa‑se tensão de alguns volts.

Passo 5

(Observação prática de laboratório) Outro método simples de bancada frequentemente visto em aulas: reação de metal com ácido (gera H2 direto). Exemplo clássico com zinco e ácido clorídrico:
\mathrm{Zn + 2\,HCl \longrightarrow ZnCl_2 + H_2}
Este método é simples e rápido em laboratório escolar para obter bolhas de \mathrm{H_2}, mas não é usado industrialmente por não ser econômico nem escalável.

Passo 6

Aplicação do hidrogênio (explicação e reação): síntese de amônia pelo processo Haber–Bosch — uma aplicação industrial fundamental. O hidrogênio reage com nitrogênio para formar amônia, que é base para fertilizantes. A equação balanceada é:
\mathrm{N_2 + 3\,H_2 \longrightarrow 2\,NH_3}
Notas sobre a aplicação: a reação é catalisada (Fe com promotores), ocorre em altas pressões e temperaturas. O hidrogênio atua como reagente redutor para fixar o nitrogênio em forma de amônia. Essa é uma das maiores aplicações industriais do \mathrm{H_2}.

Passo 7

Dicas rápidas para a prova (como aplicar isso na hora):
  • Ao citar um método, escreva a equação balanceada e, se for industrial, mencione condições relevantes (temperatura, catalisador) — isso costuma ganhar pontos.
  • Se pedirem “explique brevemente”, diga por que a reação precisa de energia (endotérmica) ou de catalisador, e como se obtém produto puro (ex.: PSA, lavagem, etc.).
  • Lembre‑se de segurança: \mathrm{H_2} é inflamável e forma mistura explosiva com ar; em laboratório use capela/boa ventilação.

Resposta

Método 1 — reforma a vapor do metano (reações):
\mathrm{CH_4 + H_2O \longrightarrow CO + 3\,H_2}
\mathrm{CO + H_2O \longrightarrow CO_2 + H_2}
(reação global:)
\mathrm{CH_4 + 2\,H_2O \longrightarrow CO_2 + 4\,H_2}
Método 2 — eletrólise da água (reação global e meias‑reações):
\mathrm{2\,H_2O(l) \longrightarrow 2\,H_2(g) + O_2(g)}
(cátodo: \mathrm{2\,H^+ + 2\,e^- \longrightarrow H_2}; ânodo: \mathrm{2\,H_2O \longrightarrow O_2 + 4\,H^+ + 4\,e^-})
Aplicação — síntese de amônia (Haber–Bosch):
\mathrm{N_2 + 3\,H_2 \longrightarrow 2\,NH_3}

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