Enunciado

O nitrogênio do ar de um foguete interplanetário perde-se gradualmente por vazamento e tem de ser substituído. Uma das maneiras é guardar nitrogênio na forma de hidrazina, N 2 H 4 ( l ) , que libera nitrogênio com facilidade por aquecimento. A amônia produzida pode ser ainda processada para dar mais nitrogênio. (a) Balanceie a equação. (b) Dê o número de oxidação do nitrogênio em cada composto. (c) Identifique o agente oxidante e o agente redutor. (d) Considerando que 28   g do gás nitrogênio ocupam 24   L na temperatura e na pressão normal, que volume de gás nitrogênio pode ser obtido de 1,0   L de hidrazina? (A densidade da hidrazina é 1,004   g . c m - 3 na temperatura normal).

Passo 1

Foi dito na questão que a hidrazina, N 2 H 4 ( l ) , por aquecimento libera gás nitrogênio, N 2 ( g ) , e amônia, N H 3 ( g ) . Escrevendo isso na forma de uma equação química teremos:

N 2 H 4 l → N H 3 g + N 2 ( g )

Passo 2

(a) Queremos balancear essa equação, para isso usamos o método das tentativas. Podemos observar que temos 4 átomos de hidrogênio no reagente, e 3 átomos de hidrogênio no produto. Podemos entra colocar o coeficiente 3   para o N 2 H 4 l e o coeficiente 4 para o N H 3 g . Assim ficamos com 12 hidrogênios de cada lado da equação.

3 N 2 H 4 l → 4 N H 3 g + N 2 ( g )

Agora podemos balancear o nitrogênio. Temos 6 nitrogênio em cada lado da reação, logo ele já está balanceado.

Passo 3

(b) Queremos aqui, identificar o número de oxidação para o nitrogênio em cada composto da reação.

Em uma molécula neutra, a soma dos números de oxidação de todos os átomos é igual a zero.

O número de oxidação do hidrogênio é + 1 .

Para o N 2 H 4 l temos:

2 × N O X N + 4 × N O X H = 0

2 × N O X N + 4 × ( + 1 ) = 0

N O X N = - 2

Para o N H 3 g temos:

1 × N O X N + 3 × N O X H = 0

1 × N O X N + 3 × ( + 1 ) = 0

N O X N = - 3

Para o N 2 ( g ) temos:

O número de oxidação de um elemento não combinado com outros elementos é zero.

N O X N = 0

Passo 4

(c) Na reação acima, o estado de oxidação de N em N 2 H 4 l diminui de - 2 para - 3 em N H 3 g e para 0 em N 2 ( g ) . Assim, temos que:

A mudança do estado de oxidação de - 2 para - 3 é uma redução.

A mudança do estado de oxidação de - 2 para 0 é uma oxidação.

Portanto, N 2 H 4 l atua como oxidante e como redutor.

Passo 5

(d) À temperatura ambiente, a densidade da hidrazina é 1,004   g / c m 3 e o volume é de 1,0 litros. Calcularemos a massa da hidrazina multiplicando a densidade da hidrazina pelo seu volume.

1,004   g c m 3 × 1000   c m 3 1   L × 1,0   L = 1004 g

Então, a massa de hidrazina é 1004   g . A massa molar da hidrazina ( N 2 H 4 ) é 32 g / m o l .

Calcularemos agora o número de moles de hidrazina (massa/massa molar).

m o l   N 2 H 4 = 1004 g 32 g . m o l - 1 = 31,375   m o l

A partir da equação química balanceada, sabemos que três mols de hidrazina gera um mol de gás nitrogênio.

m o l   N 2 = 31,375   m o l × 1   m o l 3   m o l   N 2 H 4 = 10,46   m o l

À temperatura ambiente, 28   g   ( 1   m o l ) de Gás Nitrogênio ocupa 24   L .

V o l u m e   N 2 = 10,46     m o l   N 2 × 24   L 1   m o l   = 250   L

Resposta

(a)

3 N 2 H 4 l → 4 N H 3 g + N 2 ( g )

(b)

Para N 2 H 4 l → N O X N = - 2

Para N H 3 g → N O X N = - 3

Para N 2 g →   N O X N = 0

(c)

N 2 H 4 l Atua como oxidante e como redutor.

(d)

V o l u m e   N 2 = 250   L

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