Questão 6

A amônia ( \mathrm{NH}_{3} ) é essencial na produção de fertilizantes e foi um dos marcos da química industrial.
A reação balanceada de sua síntese é:
\mathrm{N}_{2}(\mathrm{~g})+3 \mathrm{H}_{2}(\mathrm{~g}) \rightarrow 2 \mathrm{NH}_{3}(\mathrm{~g})
Para produzir 10 mols de amônia, a quantidade necessária de gás hidrogênio \left(\mathrm{H}_{2}\right) será de:

Passo 1

O enunciado fornece a reação balanceada e pede uma quantidade:
  • Reação balanceada: \mathrm{N}_{2}(\mathrm{g})+3\mathrm{H}_{2}(\mathrm{g})\to2\mathrm{NH}_{3}(\mathrm{g}).
  • Quantidade requerida: produzir \,10\\ \text{mol }\mathrm{NH}_{3}.
  • Pergunta: qual a quantidade de gás \mathrm{H}_{2} necessária (em mols) para produzir \,10\\ \text{mol }\mathrm{NH}_{3}?

Passo 2

Entendimento das informações da reação (coeficientes estequiométricos).
  • Os números na frente das fórmulas na reação balanceada são os coeficientes estequiométricos: indicam proporção entre quantidades em mols que reagem ou são formadas.
  • Aqui os coeficientes relevantes são: \,3 para \mathrm{H}_{2} e \,2 para \mathrm{NH}_{3}.
  • Isso significa que, segundo a equação, \,3 mol de \mathrm{H}_{2} produzem \,2 mol de \mathrm{NH}_{3}.

Passo 3

Montando a relação de conversão (fator de conversão) entre mols de \mathrm{NH}_{3} e mols de \mathrm{H}_{2}.
  • A partir da equação: \dfrac{3\\ \text{mol }\mathrm{H}_{2}}{2\\ \text{mol }\mathrm{NH}_{3}} é um fator de conversão que diz quantos mols de \mathrm{H}_{2} são necessários por mol de \mathrm{NH}_{3}.
  • Para encontrar a quantidade de \mathrm{H}_{2} necessária para \,10\\ \text{mol }\mathrm{NH}_{3}, multiplica-se a quantidade desejada pelo fator de conversão:
\text{mol }\mathrm{H}_{2} = \left(10\\ \text{mol }\mathrm{NH}_{3}\right)\cdot\frac{3\\ \text{mol }\mathrm{H}_{2}}{2\\ \text{mol }\mathrm{NH}_{3}}.

Passo 4

Cancelamento de unidades e cálculo numérico.
  • As unidades \text{mol }\mathrm{NH}_{3} no numerador e denominador se cancelam, sobrando \text{mol }\mathrm{H}_{2}.
\text{mol }\mathrm{H}_{2} = 10\cdot\frac{3}{2}\\ \text{mol }\mathrm{H}_{2}.
  • Calculando:
10\cdot\frac{3}{2}=10\cdot1{,}5=15.

Passo 5

Interpretação final e dica para a prova.
  • Resultado: são necessários \,15\\ \text{mol }\mathrm{H}_{2} para produzir \,10\\ \text{mol }\mathrm{NH}_{3}.
  • Dica rápida: sempre transforme a equação balanceada em fatores de conversão do tipo \dfrac{\text{coeficiente do reatante/produto procurado}}{\text{coeficiente do produto/reatante dado}} e faça o cancelamento de unidades — isso evita erro.

Resposta

\,15\\ \text{mol }\mathrm{H}_{2}

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