O ácido nítrico é comercialmente obtido a partir da reação da amônia com oxigênio, conforme as etapas descritas pelas equações não balanceadas abaixo. Durante o processo, há uma espécie molecular, designada como
em todas as etapas da reação. Identifique a fórmula molecular de
e escreva a equação global balanceada para a obtenção do ácido nítrico, levando em consideração esta molécula.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre como o ácido nítrico é produzido a partir da reação da amônia com oxigênio. A gente vai precisar entender um pouco de equilíbrio químico e balanceamento de equações para resolver isso. Nosso objetivo é descobrir qual é a fórmula molecular da espécie $ \mathbf{A} $ que aparece nas reações e, depois, montar a equação global balanceada para a formação do ácido nítrico.
Passo 2
Primeiro, vamos olhar as três etapas da reação que foram dadas:
- $ \mathrm{NH}{3(\mathrm{g})} + \mathrm{O}{2(\mathrm{g})} \rightarrow \mathbf{A}{(\mathrm{g})} + \mathrm{H}{2}\mathrm{O}_{(\mathrm{g})} $
- $ \mathbf{A}{(\mathrm{g})} + \mathrm{O}{2(\mathrm{g})} \rightarrow \mathrm{NO}_{2(\mathrm{g})} $
- $ \mathrm{NO}{2(\mathrm{g})} + \mathrm{H}{2}\mathrm{O}{(\mathrm{l})} \rightarrow \mathrm{HNO}{3(\mathrm{aq})} + \mathbf{A}_{(\mathrm{g})} $
Vamos tentar identificar o que é $ \mathbf{A} $.
Passo 3
Na primeira etapa, a amônia ($ \mathrm{NH}_3
\mathrm{O}_2 $) para formar $ \mathbf{A} $ e água ($ \mathrm{H}_2\mathrm{O} $). Na segunda etapa, $ \mathbf{A} $ reage com mais oxigênio para formar dióxido de nitrogênio ($ \mathrm{NO}_2 $). Já na terceira etapa, o $ \mathrm{NO}_2 $ reage com água para formar ácido nítrico ($ \mathrm{HNO}_3 $) e libera novamente $ \mathbf{A} $.
Percebo que $ \mathbf{A} $ está sendo reciclada no processo, ou seja, é uma espécie que se forma e é reutilizada nas reações. Isso sugere que $ \mathbf{A} $ pode ser algo como o ácido nítrico ou um intermediário relacionado.
Passo 4
Para identificar $ \mathbf{A} $, vamos analisar as equações:
- $ \mathrm{NH}_3 + \mathrm{O}_2 \rightarrow \mathbf{A} + \mathrm{H}_2\mathrm{O} $
- $ \mathbf{A} + \mathrm{O}_2 \rightarrow \mathrm{NO}_2 $
- $ \mathrm{NO}_2 + \mathrm{H}_2\mathrm{O} \rightarrow \mathrm{HNO}_3 + \mathbf{A} $
Na terceira equação, $ \mathbf{A} $ está retornando. Isso indica que $ \mathbf{A} $ deve ser capaz de participar das reações sem se consumir definitivamente. Um candeeiro aqui é que $ \mathbf{A} $ pode ser o ácido nítrico ($ \mathrm{HNO}_3 $) que está sendo formado, mas vamos conferir.
Passo 5
Vamos supor que $ \mathbf{A} $ seja o ácido nítrico ($ \mathrm{HNO}_3 $):
- $ \mathrm{NH}_3 + \mathrm{O}_2 \rightarrow \mathrm{HNO}_3 + \mathrm{H}_2\mathrm{O} $
- $ \mathrm{HNO}_3 + \mathrm{O}_2 \rightarrow \mathrm{NO}_2 $
- $ \mathrm{NO}_2 + \mathrm{H}_2\mathrm{O} \rightarrow \mathrm{HNO}_3 + \mathrm{HNO}_3 $
Observamos que isso não faz muito sentido, já que na terceira equação teríamos dois $ \mathrm{HNO}_3 $. Portanto, nossa suposição está errada. Vamos tentar outra abordagem.
Passo 6
Outra possibilidade é que $ \mathbf{A} $ seja o monóxido de nitrogênio ($ \mathrm{NO} $). Vamos testar:
- $ \mathrm{NH}_3 + \mathrm{O}_2 \rightarrow \mathrm{NO} + \mathrm{H}_2\mathrm{O} $
- $ \mathrm{NO} + \mathrm{O}_2 \rightarrow \mathrm{NO}_2 $
- $ \mathrm{NO}_2 + \mathrm{H}_2\mathrm{O} \rightarrow \mathrm{HNO}_3 + \mathrm{NO} $
Agora, isso faz mais sentido, pois $ \mathbf{A} $ ($ \mathrm{NO} $) está sendo regenerada na terceira reação. Então, concluímos que $ \mathbf{A} $ é $ \mathrm{NO} $.
Passo 7
Agora que identificamos $ \mathbf{A} $ como $ \mathrm{NO} $, vamos balancear as equações e montar a equação global para a produção de ácido nítrico.
Primeiro, balanceamos cada etapa:
- $ 4 \mathrm{NH}_3 + 5 \mathrm{O}_2 \rightarrow 4 \mathrm{NO} + 6 \mathrm{H}_2\mathrm{O} $
- $ 4 \mathrm{NO} + 3 \mathrm{O}_2 \rightarrow 4 \mathrm{NO}_2 $
- $ 4 \mathrm{NO}_2 + 2 \mathrm{H}_2\mathrm{O} \rightarrow 4 \mathrm{HNO}_3 + 4 \mathrm{NO} $
Resposta
A fórmula molecular de $ \mathbf{A} $ é $ \mathrm{NO} $. A equação global balanceada para a obtenção do ácido nítrico é: