Na reação \mathrm{N}_{2}+3 \mathrm{H}_{2} \rightarrow 2 \mathrm{NH}_{3} qual a massa de \mathrm{NH}_{3} obtida quando se reagem totalmente 3 g de \mathrm{H}_{2} ?

Passo 1

O enunciado dá a reação
\mathrm{N}_{2}+3\mathrm{H}_{2}\rightarrow 2\mathrm{NH}_{3}
e pergunta qual a massa de \mathrm{NH}_{3} obtida quando reagem totalmente 3\\ \mathrm{g} de \mathrm{H}_{2}.
Informações relevantes fornecidas:
\text{massa de } \mathrm{H}_{2}: \; m_{\mathrm{H}_{2}} = 3\\ \mathrm{g}.
\text{equação estequiométrica: } 1\\ \mathrm{mol}\,\mathrm{N}_2 \text{ reage com } 3\\ \mathrm{mol}\,\mathrm{H}_2 \text{ para formar } 2\\ \mathrm{mol}\,\mathrm{NH}_3.çãé

Passo 2

Plano geral (explicação didática): para achar a massa de produto a partir da massa de reagente usamos três passos padrão:
  1. Converter a massa do reagente em número de mols usando a relação
n=\frac{m}{M},
onde n é o número de mols, m é a massa (em \mathrm{g}) e M é a massa molar (em \mathrm{g\,mol^{-1}}). Vou explicar o que é massa molar: massa molar de uma substância é a massa de 1 mol dessa substância; por exemplo, um átomo de hidrogênio tem massa aproximada \,1,008\\ \mathrm{g\,mol^{-1}}, então a molécula \mathrm{H}_2 tem o dobro.
2. Usar a razão estequiométrica da reação para converter mols do reagente em mols do produto.
3. Converter os mols do produto em massa usando novamente m=nM.
Vou aplicar passo a passo.

Passo 3

Calcular as massas molares (vou usar os valores atômicos padrão aproximados):
M_{\mathrm{H}}=1,008\\ \mathrm{g\,mol^{-1}},\qquad M_{\mathrm{N}}=14,007\\ \mathrm{g\,mol^{-1}}.
Daí:
M_{\mathrm{H}_{2}}=2\cdot M_{\mathrm{H}}=2\cdot 1,008=2,016\\ \mathrm{g\,mol^{-1}}.
M_{\mathrm{NH}_{3}}=M_{\mathrm{N}}+3\cdot M_{\mathrm{H}}=14,007+3\cdot 1,008=17,031\\ \mathrm{g\,mol^{-1}}.
Explicação extra: M_{\mathrm{NH}_3} é a soma das massas atômicas dos átomos que formam a molécula (1 átomo de N + 3 átomos de H).

Passo 4

Converter a massa de \mathrm{H}_{2} em número de mols:
n_{\mathrm{H}_{2}}=\frac{m_{\mathrm{H}_{2}}}{M_{\mathrm{H}_{2}}}=\frac{3}{2,016}\\ \mathrm{mol}.
Agora calculamos esse valor (mostrando a conta):
n_{\mathrm{H}_{2}}=\frac{3}{2,016}\approx 1,488095\\ \mathrm{mol}.
Interpretação: com 3\\ \mathrm{g} de \mathrm{H}_2 temos aproximadamente 1,488 mol de \mathrm{H}_2.

Passo 5

Usar a estequiometria para achar quantos mols de \mathrm{NH}_{3} se formam. A reação diz que 3 mol de \mathrm{H}_{2} produzem 2 mol de \mathrm{NH}_{3}. Logo:
n_{\mathrm{NH}_{3}} = \frac{2}{3}\,n_{\mathrm{H}_{2}}.
Substituindo n_{\mathrm{H}_{2}}:
n_{\mathrm{NH}_{3}}=\frac{2}{3}\cdot 1,488095\approx 0,9920635\\ \mathrm{mol}.
Explicação: multiplicamos por \tfrac{2}{3} porque para cada 3 mol de \mathrm{H}_2 formam-se 2 mol de \mathrm{NH}_3.

Passo 6

Converter os mols de \mathrm{NH}_{3} em massa:
m_{\mathrm{NH}_{3}}=n_{\mathrm{NH}_{3}}\cdot M_{\mathrm{NH}_{3}}.
Substituindo os valores:
m_{\mathrm{NH}_{3}}=0,9920635\cdot 17,031\\ \mathrm{g}\approx 16,9\\ \mathrm{g}.
Detalhe do cálculo: a multiplicação dá aproximadamente 16,895\\ \mathrm{g}, que arredondamos para 16,9\\ \mathrm{g} mantendo três algarismos significativos (ou para 17\\ \mathrm{g} se quiser apenas dois algarismos significativos).

Passo 7

Checagem de hipótese: presumi que há \mathrm{N}_2 em excesso (o enunciado só informou a massa de \mathrm{H}_2 e disse que reage totalmente); isso é padrão — quando só um reagente tem massa informada e dizem “reagem totalmente”, assumimos que o outro está em excesso. Portanto o cálculo está correto sob essa hipótese.

Resposta

\,16,9\\ \mathrm{g}

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