Questão 03

Uma das etapas do processo comercial para converter amônia em ácido nítrico é a conversão de \mathrm{NH}_{3} em NO:
4 \mathrm{NH}_{3}{ }_{(\mathrm{g})}+5 \mathrm{O}_{2(\mathrm{~g})} \longrightarrow 4 \mathrm{NO}_{(\mathrm{g})}+6 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{(\mathrm{l})}
Em determinado experimento 2,25 \mathrm{~g} de \mathrm{NH}_{3} reage com 3,75 \mathrm{~g} de \mathrm{O}_{2}.
(a) Qual é o reagente limitante?
(b) Quantos gramas de NO são formados?
(c) Quantos gramas de reagente em excesso sobram após o consumo completo do reagente limitante?

Passo 1

O enunciado dá a reação
4\,\mathrm{NH}_3(g) + 5\,\mathrm{O}_2(g) \longrightarrow 4\,\mathrm{NO}(g) + 6\,\mathrm{H}_2\mathrm{O}(l)
e informa que reagem 2,25\:\mathrm{g} de \mathrm{NH}_3 com 3,75\:\mathrm{g} de \mathrm{O}_2. O conteúdo principal é estequiometria e reagente limitante: vamos converter massas em mols, comparar a proporção estequiométrica e calcular as massas de produto e excesso.

Passo 2

Calcular a quantidade de mols de cada reagente usando massas molares ( M(\mathrm{NH}_3)=17\:\mathrm{g/mol}, M(\mathrm{O}_2)=32\:\mathrm{g/mol}):
n(\mathrm{NH}_3)=\frac{2,25}{17}=0,13235\:\mathrm{mol}, \quad n(\mathrm{O}_2)=\frac{3,75}{32}=0,11719\:\mathrm{mol}.

Passo 3

Determinar o reagente limitante comparando a proporção real com a estequiométrica. A reação pede \tfrac{4}{5}=0,8 mol de \mathrm{NH}_3 para cada mol de \mathrm{O}_2. A proporção disponível é
\frac{n(\mathrm{NH}_3)}{n(\mathrm{O}_2)} =\frac{0,13235}{0,11719}\approx1,13>0,8.
Como há relativamente mais \mathrm{NH}_3 do que o requerido, o \mathrm{O}_2 é o reagente limitante.

Passo 4

Calcular a massa de \mathrm{NO} formada com base no \mathrm{O}_2 limitante. A estequiometria dá 5 mol de \mathrm{O}_2 \to 4 mol de \mathrm{NO}, logo
n(\mathrm{NO}) =\frac{4}{5}\;n(\mathrm{O}_2) =\frac{4}{5}\times0,11719 =0,09375\:\mathrm{mol}.
A massa de \mathrm{NO} ( M(\mathrm{NO})=30\:\mathrm{g/mol}) é
m(\mathrm{NO}) =0,09375\times30 =2,8125\:\mathrm{g}.

Passo 5

Calcular o excesso de \mathrm{NH}_3. A cada 5 mol de \mathrm{O}_2 consome-se 4 mol de \mathrm{NH}_3, então:
n_{\text{usado}}(\mathrm{NH}_3) =\frac{4}{5}\;n(\mathrm{O}_2) =0,09375\:\mathrm{mol}.
Restam
n_{\text{restante}}(\mathrm{NH}_3) =0,13235-0,09375 =0,03860\:\mathrm{mol},
o que em massa equivale a
m_{\text{restante}}(\mathrm{NH}_3) =0,03860\times17 \approx0,656\:\mathrm{g}.

Resposta

(a) O reagente limitante é \mathrm{O}_2.
(b) Formam-se 2,81\:\mathrm{g} de \mathrm{NO}.
(c) Restam 0,656\:\mathrm{g} de \mathrm{NH}_3 em excesso.

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