1. No processo de Oswald o ácido nítrico é produzido a partir de \mathrm{NH}_{3} por um processo de três etapas (equações não balanceadas):
    I. \quad \mathrm{NH}_{3(\mathrm{~g})}+\mathrm{O}_{2(\mathrm{~g})} \rightarrow \mathrm{NO}_{(\mathrm{g})}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{(\mathrm{g})}
    II. \quad \mathrm{NO}_{(\mathrm{g})}+\mathrm{O}_{2(\mathrm{~g})} \rightarrow \mathrm{NO}_{2(\mathrm{~g})}
    III. \quad \mathrm{NO}_{2(\mathrm{~g})}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{(\mathrm{g})} \rightarrow \mathrm{HNO}_{3(\mathrm{aq})}+\mathrm{NO}_{(\mathrm{g})}
Supondo um rendimento de 82 \% em cada etapa, quantos gramas de ácido nítrico podem ser fabricados a partir de 1.000 g de amônia? Resp. 1362 g de \mathrm{HNO}_{3}

Passo 1

O enunciado descreve o processo de Ostwald em três etapas para produzir ácido nítrico a partir de amônia, com rendimento de 82\% em cada etapa. Vamos usar estequiometria de cada reação balanceada e rendimento sucessivo para determinar quantos gramas de \mathrm{HNO}_3 saem de 1000 g de \mathrm{NH}_3.

Passo 2

Calcular as mols iniciais de amônia:
n_{\mathrm{NH}_3} = \frac{1000\\ \mathrm{g}}{17\\ \mathrm{g/mol}} \approx 58{,}82\\ \text{mol}.

Passo 3

Reação I (balanceada):
4\,\mathrm{NH}_3 + 5\,\mathrm{O}_2 \to 4\,\mathrm{NO} + 6\,\mathrm{H}_2\mathrm{O}.
A razão \mathrm{NH}_3:\mathrm{NO} é 1:1 em mol. Com rendimento de 82\%,
n_{\mathrm{NO}} = 58{,}82 \times 0{,}82 \approx 48{,}26\\ \text{mol}.

Passo 4

Reação II (balanceada):
2\,\mathrm{NO} + \mathrm{O}_2 \to 2\,\mathrm{NO}_2.
A razão \mathrm{NO}:\mathrm{NO}_2 é 1:1. Com rendimento de 82\%,
n_{\mathrm{NO}_2} = 48{,}26 \times 0{,}82 \approx 39{,}57\\ \text{mol}.

Passo 5

Reação III (balanceada):
3\,\mathrm{NO}_2 + \mathrm{H}_2\mathrm{O} \to 2\,\mathrm{HNO}_3 + \mathrm{NO}.
A razão \mathrm{NO}_2:\mathrm{HNO}_3 é 3:2, logo cada mol de \mathrm{NO}_2 gera \tfrac{2}{3} mol de \mathrm{HNO}_3. Antes do rendimento:
n_{\mathrm{HNO}_3,\text{teo}} = 39{,}57 \times \tfrac{2}{3} \approx 26{,}38\\ \text{mol}.
Com rendimento de 82\%,
n_{\mathrm{HNO}_3} = 26{,}38 \times 0{,}82 \approx 21{,}63\\ \text{mol}.

Passo 6

Converter mols de \mathrm{HNO}_3 em massa sabendo que M(\mathrm{HNO}_3)=63\\ \mathrm{g/mol}:
m_{\mathrm{HNO}_3} = 21{,}63\\ \text{mol} \times 63\\ \mathrm{g/mol} \approx 1362\\ \mathrm{g}.

Resposta

1362 g de \mathrm{HNO}_3 produzidos a partir de 1000 g de \mathrm{NH}_3.

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