Questão 04) (2,5) A reação a seguir é dada pela conversão de dois gases cm um produto sólido:
\mathrm{NH}_{3(g)}+\mathrm{HCl}_{(g)} \rightarrow \mathrm{NH}_{4} \mathrm{Cl}_{(s)}
Dois balões de 5,00 \mathrm{~L} a 21,85^{\circ} \mathrm{C} estão conectados por uma válvula. Cada um possui um gás diferente e ambos os gases possuem a mesma massa de 51,00 \mathrm{~g}. Quando a válvula é aberta, os gases reagem para formar o produto. Sabendo disso, responda as seguintes questões.
a) (1,0) Qual reagente é limitante? Qual massa restará do reagente em excesso?
b) (1,0) Qual será a pressão final do sistema após a reação estar completa? Despreze o volume do cloreto de amônia formado.
c) (0,5) Qual massa de cloreto de amônia será formada? Justifique.

Passo 1

O enunciado mostra a reação gasosa
\mathrm{NH}_{3(g)}+\mathrm{HCl}_{(g)}\rightarrow \mathrm{NH}_{4}\mathrm{Cl}_{(s)}
dois balões de 5{,}00\\ \mathrm{L} cada um a 21{,}85^\circ\mathrm{C} (isto é, T=21{,}85+273{,}15=294{,}85\\ \mathrm{K}), contendo massas iguais de 51{,}00\\ \mathrm{g} de cada gás. Quando a válvula é aberta, eles reagem formando sólido, cujo volume é desprezível. Vamos usar:
– Estequiometria 1:1.
– Gás ideal \displaystyle P V = n R T.

Passo 2

Calcular o número de mols de cada reagente pelo massa dividida pela massa molar:
– Para a amônia, M_{\mathrm{NH}_3}=17{,}03\\ \mathrm{g\,mol^{-1}},
n_{\mathrm{NH}_3}=\frac{51{,}00}{17{,}03}=2{,}994\\ \mathrm{mol}.
– Para o cloreto de hidrogênio, M_{\mathrm{HCl}}=36{,}46\\ \mathrm{g\,mol^{-1}},
n_{\mathrm{HCl}}=\frac{51{,}00}{36{,}46}=1{,}399\\ \mathrm{mol}.

Passo 3

Comparando a estequiometria 1+ 1\to1, o reagente com menor número de mols é o limitante.
n_{\mathrm{HCl}}=1{,}399< n_{\mathrm{NH}_3}=2{,}994,
logo \mathrm{HCl} é limitante. O excesso de \mathrm{NH}_3 deixa
n_{\mathrm{NH}_3,\text{restante}}=2{,}994-1{,}399=1{,}595\\ \mathrm{mol}.
A massa de \mathrm{NH}_3 em excesso é
m_{\mathrm{NH}_3,\text{restante}}=1{,}595\times17{,}03=27{,}16\\ \mathrm{g}.

Passo 4

Após a reação só sobra \mathrm{NH}_3 gasoso nos dois balões de volume total V_{\text{tot}}=2\times5{,}00=10{,}00\\ \mathrm{L}. Usando P V=nRT:
P=\frac{n_{\mathrm{NH}_3,\text{restante}}\,R\,T}{V_{\text{tot}}} =\frac{1{,}595\times0{,}08206\times294{,}85}{10{,}00} =3{,}86\\ \mathrm{atm}.

Passo 5

A quantidade de \mathrm{NH}_4\mathrm{Cl} formada é igual aos mols do reagente limitante, n_{\mathrm{NH}_4\mathrm{Cl}}=n_{\mathrm{HCl}}=1{,}399\\ \mathrm{mol}. Com M_{\mathrm{NH}_4\mathrm{Cl}}=53{,}49\\ \mathrm{g\,mol^{-1}},
m_{\mathrm{NH}_4\mathrm{Cl}}=1{,}399\times53{,}49=74{,}87\\ \mathrm{g}.

Resposta

a) O reagente limitante é \mathrm{HCl}. Restarão 27{,}16\\ \mathrm{g} de \mathrm{NH}_3.
b) A pressão final é 3{,}86\\ \mathrm{atm}.
c) Serão formados 74{,}87\\ \mathrm{g} de \mathrm{NH}_4\mathrm{Cl}.

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