A maior quantidade de amônia (NH3) 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.

Passo 1

Beleza, vamos lá! Você tem um problema envolvendo a produção de amônia ( NH3) a partir de hidrogênio ( H2) e nitrogênio ( N2). 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:
N2 + 3H2 2NH3
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 H2 = 100.000 g
  • 800 kg de N2 = 800.000 g

Passo 4

Em seguida, vamos calcular a massa molar de cada gás:
  • Massa molar do H2: 2 g/mol
  • Massa molar do N2: 28 g/mol
  • Massa molar do NH3: 17 g/mol
Isso nos ajuda a converter as massas em quantidades de mols.

Passo 5

Vamos calcular quantos mols de cada reagente temos:
Mols de H2 = 100.000 g2 g/mol = 50.000 mols
Mols de N2 = 800.000 g28 g/mol approx 28.571 mols

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:
1 mol de N2 rea>= com 3 mols de H2
Então, para 28.571 mols de N2, precisaríamos de:
28.571 mols N2 times 3 H2N2 = 85.713 mols H2
Temos 50.000 mols de H2, que é menos que os 85.713 mols necessários. Portanto, o H2 é o reagente limitante.

Passo 7

Agora, vamos calcular a quantidade teórica de amônia que poderia ser produzida a partir do H2 disponível.
Segundo a equação:
3 mols de H2 2 mols de NH3
Então, para 50.000 mols de H2:
50.000 mols H2 times 2 mols NH33 mols H2 approx 33.333 mols NH3

Passo 8

Convertendo os mols teóricos de NH3 para gramas:
33.333 mols NH3 times 17 g/mol = 566.667 g approx 566,67 kg
Então, a massa teórica de amônia produzida seria de aproximadamente 566,67 kg.

Passo 9

Finalmente, para calcular o rendimento, usamos a fórmula:
Rendimento = ( Massa RealMassa Teórica ) times 100% ó
Substituindo os valores:
Rendimento = ( 400 kg566,67 kg ) times 100% approx 70,6%

Resposta

O rendimento obtido na produção de amônia é de aproximadamente 70,6%.

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