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 o rendimento obtido de amônia.
Calcule o rendimento obtido de amônia.
Passo 1
Beleza, vamos lá! Você tem um problema envolvendo a produção de amônia (
) a partir de hidrogênio (
) e nitrogênio (
). O objetivo é calcular o rendimento dessa reação. Para resolver isso, vamos precisar entender um pouco de estequiometria, que é a parte da química que lida com as quantidades das substâncias envolvidas nas reações químicas.
Passo 2
Primeiro, vamos escrever a equação química balanceada para a síntese da amônia:
Isso significa que um mol de nitrogênio reage com três mols de hidrogênio para produzir dois mols de amônia.
Passo 3
Agora, precisamos converter as massas dos reagentes (hidrogênio e nitrogênio) de quilogramas para gramas para facilitar os cálculos:
- 100 kg de
= 100.000 g - 800 kg de
= 800.000 g
Passo 4
Em seguida, vamos calcular a massa molar de cada gás:
- Massa molar do
: 2 g/mol - Massa molar do
: 28 g/mol - Massa molar do
: 17 g/mol
Isso nos ajuda a converter as massas em quantidades de mols.
Passo 5
Vamos calcular quantos mols de cada reagente temos:
Passo 6
Agora, identificamos o reagente limitante, que é aquele que vai se esgotar primeiro e, portanto, limitar a produção de amônia. Usamos a estequiometria da reação balanceada para isso.
De acordo com a equação:
Então, para 28.571 mols de
, precisaríamos de:
Temos 50.000 mols de
, que é menos que os 85.713 mols necessários. Portanto, o
é o reagente limitante.
Passo 7
Agora, vamos calcular a quantidade teórica de amônia que poderia ser produzida a partir do
disponível.
Segundo a equação:
Então, para 50.000 mols de
:
Passo 8
Convertendo os mols teóricos de
para gramas:
Então, a massa teórica de amônia produzida seria de aproximadamente 566,67 kg.
Passo 9
Finalmente, para calcular o rendimento, usamos a fórmula:
Substituindo os valores:
Resposta
O rendimento obtido na produção de amônia é de aproximadamente 70,6%.
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