FACISA 2018/1
“O processo de Haber-Bosch é o mais importante método de obtenção de amoníaco. Nesse processo os gases nitrogênio e hidrogênio são combinados diretamente a uma pressão de 20 MPa e a uma temperatura de 500°C, utilizando o ferro como catalisador.” A reação de síntese do amoníaco pode ser representada quimicamente pela equação não balanceada abaixo:
Se uma massa de 20g de nitrogênio reagir com 20g hidrogênio, qual será a massa em gramas do reagente em excesso que sobrará na reação?
20,3
4,3
24,3
15,7
113,3
Resolução
1. Balanceamento da reação
A síntese da amônia é representada por
\[\mathrm{N_2(g) + 3\,H_2(g) \;\longrightarrow\; 2\,NH_3(g)}\]
2. Cálculo das quantidades (mol)
- Massa molar do \(\text{N}_2\): \(28\,\text{g mol}^{-1}\)
- Massa molar do \(\text{H}_2\): \(2\,\text{g mol}^{-1}\)
\(n(\text{N}_2)=\dfrac{20\,\text{g}}{28\,\text{g mol}^{-1}}\approx0{,}714\,\text{mol}\)
\(n(\text{H}_2)=\dfrac{20\,\text{g}}{2\,\text{g mol}^{-1}}=10\,\text{mol}\)
3. Identificação do reagente limitante
Pela estequiometria, 1 mol de \(\text{N}_2\) requer 3 mol de \(\text{H}_2\). Então:
Quantidade de \(\text{H}_2\) necessária para 0,714 mol de \(\text{N}_2\):
\(0{,}714\,\text{mol}\times3=2{,}142\,\text{mol}\)
Disponível: 10 mol > 2,142 mol → \(\text{H}_2\) está em excesso e \(\text{N}_2\) é o reagente limitante.
4. Cálculo do excesso de \(\text{H}_2\)
\(n_{\text{excesso}}(\text{H}_2)=10-2{,}142\approx7{,}858\,\text{mol}\)
Convertendo para massa:
\(m_{\text{excesso}}=7{,}858\,\text{mol}\times2\,\text{g mol}^{-1}\approx15{,}7\,\text{g}\)
5. Resposta
O reagente em excesso é o hidrogênio e sobrarão aproximadamente 15,7 g. Alternativa D.
Dicas
Erros Comuns
Reagente limitante é o que se consome primeiro, limitando a quantidade de produto formada; o outro fica em excesso.
Estequiometria usa o balanço da equação química para relacionar mols de reagentes e produtos.
Passos-chave:
- Balancear a equação.
- Converter massas em mols.
- Comparar a razão real de mols com a razão estequiométrica.
- Determinar o excesso ou a falta.
