Que quantidade de amônia ( \mathrm{NH}_{3} ) em gramas é produzida a partir de 13,5 \mathrm{~g} de \mathrm{H}_{2} conforme a reação abaixo?
\mathrm{N}_{2(\mathrm{~g})}+3 \mathrm{H}_{2(\mathrm{~g})} \leftrightarrows 2 \mathrm{NH}_{3(\mathrm{~g})}

Passo 1

O enunciado pergunta: “Que quantidade de amônia ( \mathrm{NH}_3) em gramas é produzida a partir de \,13,5\\ \mathrm{g}\, de \mathrm{H}_2 conforme a reação abaixo?”
\mathrm{N}_{2(\mathrm{g})}+3\mathrm{H}_{2(\mathrm{g})}\leftrightarrows 2\mathrm{NH}_{3(\mathrm{g})}
Informações relevantes dadas:
  • Massa de \mathrm{H}_2: 13,5\\ \mathrm{g}.
  • Equação química balanceada: \mathrm{N}_2 + 3\mathrm{H}_2 \leftrightarrows 2\mathrm{NH}_3.
    O que se pede:
  • Calcular a massa de \mathrm{NH}_3 formada (em gramas), assumindo que há nitrogênio suficiente (ou seja, que o \mathrm{H}_2 é o reagente limitante).

Passo 2

Entender o método: usar este caminho prático (este é o método padrão de estequiometria):
  1. transformar a massa de \mathrm{H}_2 em número de mols;
  2. usar a proporção estequiométrica da equação balanceada para achar o número de mols de \mathrm{NH}_3 que correspondem;
  3. transformar os mols de \mathrm{NH}_3 em massa usando a massa molar de \mathrm{NH}_3.
Antes de calcular, lembrar das definições:
  • Um mol é uma quantidade de substância; o número de mols n é dado por
n=\frac{m}{M},
onde m é a massa (em gramas) e M é a massa molar (em \mathrm{g/mol}).
  • A massa molar de uma molécula é a soma das massas molares atômicas dos seus átomos (por exemplo, M(\mathrm{H})\approx1,008\\ \mathrm{g/mol}, M(\mathrm{N})\approx14,007\\ \mathrm{g/mol}).

Passo 3

Calcular o número de mols de \mathrm{H}_2.
Massa molar do \mathrm{H}_2:
M(\mathrm{H}_2)=2\times M(\mathrm{H})=2\times1,008=2,016\\ \mathrm{g/mol}.
Número de mols de \mathrm{H}_2:
n(\mathrm{H}_2)=\frac{m(\mathrm{H}_2)}{M(\mathrm{H}_2)}=\frac{13,5}{2,016}.
Agora calcular esse quociente:
n(\mathrm{H}_2)=\frac{13,5}{2,016}\approx6,6964\\ \mathrm{mol}.
(Guarda-se algumas casas decimais para não perder precisão até o arredondamento final.)

Passo 4

Usar a estequiometria da reação para obter n(\mathrm{NH}_3).
A reação diz que 3 mols de \mathrm{H}_2 produzem 2 mols de \mathrm{NH}_3. Portanto a relação é
\frac{n(\mathrm{NH}_3)}{n(\mathrm{H}_2)}=\frac{2}{3}
ou
n(\mathrm{NH}_3)=\frac{2}{3}\,n(\mathrm{H}_2).
Substituindo n(\mathrm{H}_2):
n(\mathrm{NH}_3)=\frac{2}{3}\times6,6964\approx4,4643\\ \mathrm{mol}.

Passo 5

Calcular a massa de \mathrm{NH}_3 a partir dos mols.
Massa molar do \mathrm{NH}_3:
M(\mathrm{NH}_3)=M(\mathrm{N})+3M(\mathrm{H})=14,007+3\times1,008=17,031\\ \mathrm{g/mol}.
Massa de \mathrm{NH}_3:
m(\mathrm{NH}_3)=n(\mathrm{NH}_3)\times M(\mathrm{NH}_3)=4,4643\times17,031.
Fazendo a multiplicação:
m(\mathrm{NH}_3)\approx75,996\\ \mathrm{g}.

Passo 6

Tratamento de algarismos significativos e arredondamento: a massa inicial 13,5\\ \mathrm{g} tem três algarismos significativos, então a resposta final deve ser expressa com três algarismos significativos. Arredondando 75,996 para três algarismos significativos obtemos 76,0\\ \mathrm{g}.

Resposta

76,0\\ \mathrm{g}

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