A síntese de Haber Bosch pode ser resumida pela equação \mathrm{N}_{2}(\mathrm{~g})+3 \mathrm{H}_{2}(\mathrm{~g}) \rightleftharpoons 2 \mathrm{NH}_{3}(\mathrm{~g}). A reação ocorre a pressões de 200 atm e temperatura em torno de 500^{\circ} \mathrm{C}, com o uso do catalisador de ferro. É uma reação exotérmica. Sobre esse processo, são feitas as seguintes afirmações:
I. A alta temperatura é utilizada para aumentar a velocidade da reação, mesmo reduzindo o rendimento em amônia;
II. A alta pressão favorece o rendimento em amônia e aumenta a velocidade da reação;
III. O uso do catalisador aumenta o rendimento e a velocidade em amônia.
Estão corretas somente
a) I.
b) I e II.
c) II.
d) II e III.
e) I, II e III.

Passo 1

O enunciado trata da síntese de Haber–Bosch, cuja reação é
\mathrm{N}_2(\mathrm{g}) + 3\,\mathrm{H}_2(\mathrm{g}) \rightleftharpoons 2\,\mathrm{NH}_3(\mathrm{g}),
um processo exotérmico que opera a altas pressões (200 atm) e altas temperaturas ( 500\circC) em presença de catalisador de ferro. O conteúdo químico envolvido é o equilíbrio químico e cinética de reação, e precisamos usar o princípio de Le Châtelier e o papel de temperatura, pressão e catalisador para avaliar cada afirmação.

Passo 2

Analisando a afirmação I: “A alta temperatura é utilizada para aumentar a velocidade da reação, mesmo reduzindo o rendimento em amônia.”
  • Como é exotérmica, aumentar a temperatura desloca o equilíbrio para os reagentes, diminuindo o rendimento em \mathrm{NH}_3.
  • Porém, maior temperatura aumenta a energia cinética das moléculas e, portanto, acelera a velocidade da reação.
    Logo, a afirmação I é verdadeira.

Passo 3

Analisando a afirmação II: “A alta pressão favorece o rendimento em amônia e aumenta a velocidade da reação.”
  • A reação consome 4 mols de gás (1 de \mathrm{N}_2 +3 de \mathrm{H}_2) e produz 2 mols de gás \mathrm{NH}_3, logo aumentar a pressão desloca o equilíbrio para o lado de menor número de mols, favorecendo o rendimento em \mathrm{NH}_3.
  • Além disso, alta pressão aumenta a frequência de colisões entre moléculas, elevando a velocidade da reação.
    Portanto, a afirmação II é verdadeira.

Passo 4

Analisando a afirmação III: “O uso do catalisador aumenta o rendimento e a velocidade em amônia.”
  • Um catalisador de ferro abaixa a energia de ativação e, assim, aumenta a velocidade com que o equilíbrio é atingido.
  • No entanto, o catalisador não altera a posição do equilíbrio, logo não muda o rendimento máximo em \mathrm{NH}_3.
    Portanto, a afirmação III é falsa.

Resposta

b) I e II.

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