A maior quantidade de amônia produzida artificialmente é utilizada para a produção de fertilizantes, sendo, portanto, uma reação bastante importante na indústria de commodities. O processo de síntese de amônia a partir dos gases hidrogênio e nitrogênio, representou um grande avanço tecnológico industrial no início dos anos 1900, que concedeu a Fritz Haber (1874-1940) o Prêmio Nobel de 1918. Esse processo é altamente eficiente e largamente utilizado nas indústrias químicas. Em um reator de alta pressão, 100 Kg de gás hidrogênio são colocados em contato com 800 Kg de gás nitrogênio, para produzir 400 Kg de amônia.
Calcule a massa do reagente em excesso ( Kg ) que permanece depois que a reação é completada.

Passo 1

Beleza, vamos lá! A gente tem um exercício sobre a produção de amônia ( ) usando hidrogênio ( ) e nitrogênio ( ). O objetivo é descobrir qual a massa do reagente que sobra depois que a reação acontece totalmente. Para resolver isso, vamos precisar entender um pouco sobre reações químicas balanceadas e cálculos com massas molares.

Passo 2

Primeiro, vamos escrever a equação balanceada da síntese da amônia:
Isso significa que 1 mol de nitrogênio reage com 3 mols de hidrogênio para produzir 2 mols de amônia.

Passo 3

Agora, vamos descobrir quantos mols de cada reagente temos inicialmente. Para isso, precisamos das massas molares:
  • : 28 g/mol
  • : 2 g/mol
  • : 17 g/mol
Como as massas estão em kg, vamos converter para gramas:
  • : 800 kg = 800,000 g
  • : 100 kg = 100,000 g
Calculando os mols:

Passo 4

Agora, vamos ver qual reagente vai acabar primeiro (reagente limitante). Segundo a equação balanceada, 1 mol de precisa de 3 mols de .
Quantidade de necessária para reagir com todo o :
Como temos apenas 50,000 mols de , o é o reagente limitante.
Agora, vamos calcular quanto foi consumido:
Então, a quantidade de que sobra:
Convertendo de volta para kg:

Resposta

A massa do reagente em excesso que permanece depois que a reação é completada é de aproximadamente 333,33 kg de nitrogênio ( ).

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