Questão 01. O nitrogênio
reage com magnésio aquecido ao rubro formando nitreto de magnésio
sólido. Este composto reage com água líquida e gera hidróxido de magnésio sólido
e amônia
gasosa. 17
a) Escreva as duas equações químicas balanceadas que representem os processos descritos.
b) Calcule a massa de magnésio necessária para preparar
de amônia à pressão de
e temperatura de
.
b) Calcule a massa de magnésio necessária para preparar
Passo 1
O enunciado pede duas coisas claras:
- (a) escrever as duas equações químicas balanceadas que descrevem (i) a formação do nitreto de magnésio a partir de magnésio metálico e nitrogênio e (ii) a hidrólise do nitreto de magnésio em água que gera hidróxido de magnésio e amônia;
- (b) calcular a massa de magnésio necessária para preparar
de nas condições e .
Dados fornecidos e que vamos usar:
- Volume da amônia:
. - Pressão:
. - Temperatura:
. - Constante dos gases ideais (valor conveniente para unidades L·atm·mol{-1}·K{-1}):
. - Número de Avogadro dado no enunciado:
entidades·mol^{-1} (não será necessário para usar a equação dos gases, mas está lá). - Massa molar do magnésio:
(valor tabelado).
Passo 2
Escrevendo a primeira reação (formação do nitreto de magnésio). Montando a equação com os reagentes indicados e balanceando átomos de magnésio e nitrogênio:
Verificação rápida: à esquerda há
átomos de Mg e
átomos de N; à direita o
tem exatamente
Mg e
N. Equação balanceada.
Passo 3
Escrevendo a segunda reação (hidrólise do
). Monta-se a equação não balanceada inicialmente:
Agora balanceamos por elementos:
- Começando por magnésio:
tem 3 Mg, logo precisamos de no produto para ter 3 Mg:
- Nitrogênio:
tem 2 N, portanto serão formadas moléculas de :
- Agora balanceamos o hidrogênio e oxigênio ajustando a água. À direita, em
há H e em há H, total H. Cada molécula de fornece 2 H, logo precisamos de moléculas de água. Verificação do oxigênio: tem 6 O, e tem O — OK.
Equação final balanceada:
Passo 4
Agora parte (b): calcular quantos mols de
correspondem a
nas condições dadas usando a equação dos gases ideais:
onde:
-
é a pressão ( ), -
é o volume ( ), -
é o número de mols (mol), -
é a constante dos gases ( ), -
é a temperatura absoluta (K).
Isolando
:
Substituindo os valores:
Calcule o denominador primeiro:
Agora o quociente:
Arredondamento para uso nas contas seguintes: manteremos
(mantendo mais casas intermediárias para minimizar erro).
Passo 5
Usar a estequiometria da reação de hidrólise (Passo 3) para relacionar mols de
e mols de
necessários. Da equação
vemos que
mol de
são formados a partir de
mol de Mg que originalmente formaram
. Portanto a razão é:
Substituindo
:
Passo 6
Converter mols de magnésio em massa usando a massa molar
:
Fazendo a multiplicação:
Considerando as cifras significativas dos dados (por exemplo
tem 4 algarismos significativos e
também), é razoável apresentar o resultado final com quatro algarismos significativos: