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.
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.
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):
Aqui:
é o metano;
é vapor d’água; o produto
é monóxido de carbono; e
é hidrogênio molecular.
Reação deslocamento-gás-água (water‑gas shift):
Somando as duas reações obtemos a reação global (faça a soma termo a termo para ver o balanço):
Explicação das condições: industrialmente usa‑se catalisador (geralmente níquel suportado), temperaturas elevadas (≈
–
), 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
.
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
: carbono 1=1, hidrogênio à esquerda e á direita, oxigênio à esquerda e no 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.
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:
Meia‑reações (em meio ácido, por exemplo) para entender o que ocorre nos eletrodos:
cátodo (redução, produção de ):
cátodo (redução, produção de
ânodo (oxidação, produção de
):
Combine as meias‑reações (multiplicando a de redução por 2) para obter a equação global acima. Em eletrólise alcalina as meia‑reações usam
; 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:
Este método é simples e rápido em laboratório escolar para obter bolhas de
, 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:
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
.
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:
é inflamável e forma mistura explosiva com ar; em laboratório use capela/boa ventilação.
Resposta
Método 1 — reforma a vapor do metano (reações):
(reação global:)
Método 2 — eletrólise da água (reação global e meias‑reações):
(cátodo:
; ânodo:
)
Aplicação — síntese de amônia (Haber–Bosch):