Adotando o hidrogênio como base de cálculo, construa a tabela estequiométrica para a reação 1 / 2 N2+3 / 2 H2 NH3, com uma alimentação equimolar de N2 e H2. Se a pressão de entrada é 16,4 atm e a temperatura de entrada é 1727^circ C, calcule a concentração de amônia e hidrogênio quando a conversão de H2 for 60 %.

Passo 1

Beleza, vamos começar resumindo o que o exercício pede. Temos a reação química da formação da amônia ( 12 N2 + 32 H2 NH3 ) a partir de nitrogênio ( ) e hidrogênio ( ):
O exercício nos dá uma alimentação equimolar de e , ou seja, temos a mesma quantidade de mols de cada reagente. Também são fornecidas a pressão de entrada ( ) e a temperatura ( ). Precisamos construir uma tabela estequiométrica e calcular a concentração de amônia e hidrogênio quando a conversão de for de 60%. Para isso, vamos precisar entender conceitos de estequiometria, conversão química e a lei dos gases ideais para relacionar pressão, volume e temperatura.

Passo 2

Primeiro, vamos construir a tabela estequiométrica. Ela nos ajuda a acompanhar as quantidades de reagentes e produtos antes e depois da reação. Como a alimentação é equimolar, vamos supor que temos 1 mol de c|ccc & N2 & H2 & NH3 hline Inicial (mol) & 1 & 1 & 0 Variação (mol) & -12x & -32x & +x Final (mol) & 1 - 12x & 1 - 32x & x e 1 mol de .
çã
Aqui, representa os mols de produzidos.

Passo 3

Sabemos que a conversão de X = mols consumidos de H2mols iniciais de H2 é de 60%, ou seja, 60% de 0,60 = 32x1 Rightarrow x = 0,6032 = 0,40 , mol foi consumido na reação. A conversão ( ) é definida como:
Substituindo:
Então, .

Passo 4

Agora, vamos preencher a tabela com esse valor de c|ccc & N2 & H2 & NH3 hline Inicial (mol) & 1 & 1 & 0 Variação (mol) & -0,20 & -0,60 & +0,40 Final (mol) & 0,80 & 0,40 & 0,40 :
çã
Portanto, após a reação, temos 0,80 mol de , 0,40 mol de e 0,40 mol de .

Passo 5

Para calcular a concentração das substâncias, precisamos usar a lei dos gases ideais:
PV = nRT
Onde:
  • T = 1727 + 273,15 = 2000,15 , K é a pressão
  • é o volume
  • é o número de mols
  • é a constante dos gases ( )
  • é a temperatura em Kelvin
Primeiro, vamos converter a temperatura de Celsius para Kelvin:

Passo 6

Vamos supor que o volume ( C = nV ) seja constante, já que não foi fornecido no exercício. Isso significa que a pressão total permanece a mesma ( V = nRTP ). A concentração ( C = nnRTP = PRT ) pode ser calculada como:
A partir da lei dos gases ideais, podemos expressar o volume:
Logo, a concentração fica:

Passo 7

Aplicando isso para cada substância:
Para CNH3 = PNH3RT :
PNH3 = Ptotal times nNH3ntotal = 16,4 times 0,400,80 + 0,40 + 0,40 = 16,4 times 0,401,60 = 4,10 , atm
A pressão parcial de CNH3 = 4,100,0821 times 2000,15 approx 4,10164,3 approx 0,025 , mol/L é proporcional ao número de mols:
CH2 = PH2RT
Então,
PH2 = 16,4 times 0,401,60 = 4,10 , atm
Para CH2 = 4,100,0821 times 2000,15 approx 4,10164,3 approx 0,025 , mol/L :
Pressão parcial de :
Então,

Resposta

A concentração de amônia ( ) é aproximadamente e a concentração de hidrogênio ( ) também é aproximadamente quando a conversão de é de 60%.

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