(Ita 2020) A amônia, uma das principais matérias-primas da indústria de fertilizantes, é produzida em escala industrial pelo processo conhecido como Haber-Bosch. Neste, uma reação entre \mathrm{H}_{2(\mathrm{~g})} e \mathrm{N}_{2(\mathrm{~g})} é catalisada com ferro em um reator mantido a 200 atm e 450^{\circ} \mathrm{C}. Sobre essa reação exotérmica, sejam feitas as seguintes proposições:
I. O aumento da pressão no reator, mediante adição de um gás inerte, aumenta o rendimento do processo.
II. O uso de um catalisador mais efetivo aumenta o rendimento do processo.
III. Uma vez atingido o equilíbrio, não ocorrem mais colisões efetivas entre moléculas de \mathrm{H}_{2(\mathrm{~g})} e \mathrm{N}_{2(\mathrm{~g})}.
IV. Considerando que ainda exista superação da energia de ativação, a redução da temperatura no reator diminui a velocidade da reação, mas favorece a formação de amônia.
Assinale a opção que apresenta a(s) afirmação(ões) CORRETA(S) sobre a reação de formação da amônia.
a) apenas I
b) apenas I e II
c) apenas II e III
d) apenas III e IV
e) apenas IV

Passo 1

O enunciado trata da síntese de amônia pelo processo Haber–Bosch, cuja reação é
\mathrm{N}_2 + 3\,\mathrm{H}_2 \longrightarrow 2\,\mathrm{NH}_3
exotérmica, operando em cerca de 200 atm e 450\circC. Vamos analisar quatro proposições usando conceitos de equilíbrio químico (Princípio de Le Chatelier), cinética (energia de ativação) e catálise.

Passo 2

Proposição I: “O aumento da pressão no reator, mediante adição de um gás inerte, aumenta o rendimento do processo.”
Pelo Princípio de Le Chatelier, só importa o aumento das pressões parciais dos reagentes. Se adicionamos gás inerte a volume constante, a pressão total sobe mas a pressão parcial de \mathrm{N}_2 e de \mathrm{H}_2 permanece \displaystyle p_i = \frac{n_i R T}{V}, logo o equilíbrio não se desloca. Portanto, I é falsa.

Passo 3

Proposição II: “O uso de um catalisador mais efetivo aumenta o rendimento do processo.”
Um catalisador acelera a chegada ao equilíbrio, mas não altera a posição de equilíbrio (nem o rendimento em equilíbrio). Logo, II é falsa.

Passo 4

Proposição III: “Uma vez atingido o equilíbrio, não ocorrem mais colisões efetivas entre moléculas de \mathrm{H}_{2} e \mathrm{N}_{2}.”
Equilíbrio químico é dinâmico: as reações direta e inversa continuam ocorrendo com velocidades iguais. Há, sim, colisões efetivas em ambos os sentidos. Assim, III é falsa.

Passo 5

Proposição IV: “Considerando que ainda exista superação da energia de ativação, a redução da temperatura no reator diminui a velocidade da reação, mas favorece a formação de amônia.”
Por ser exotérmica, diminuir a temperatura desloca o equilíbrio para o produto \mathrm{NH}_3, aumentando o rendimento, embora reduza a taxa de reação. Portanto, IV é verdadeira.

Resposta

e) apenas IV

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