© Se
de amônia e
de oxigênio alimentam um reator em batelada, determine o reagente limitante, a percentagem de excesso do outro reagente, a extensão da reação
e a massa de NO produzido
, admitindo que a reação é completa.
Passo 1
Beleza, então a gente tem uma reação química onde 4 moléculas de amônia (
) reagem com 5 moléculas de oxigênio (
) para formar 4 de monóxido de nitrogênio (
) e 6 de água (
). O exercício manda a gente descobrir três coisas:
- Qual dos reagentes (amônia ou oxigênio) vai acabar primeiro, ou seja, quem é o reagente limitante.
- A porcentagem de excesso do outro reagente que vai sobrar.
- Quantos mols da reação vão acontecer e a massa de
produzida, assumindo que a reação vai acontecer por completo.
Pra resolver isso, vamos usar conceitos de estequiometria, que é a parte da química que estuda as relações entre as quantidades das substâncias envolvidas nas reações químicas.
Passo 2
Primeiro, vamos converter as massas de amônia e oxigênio para mols. A gente precisa disso porque a estequiometria trabalha com mols.
A massa molar da amônia (
) é:
Total:
Já a massa molar do oxigênio (
) é:
Agora, convertendo as 50,0 kg de
para mols:
E as 100,0 kg de
:
Passo 3
Agora, vamos ver qual reagente vai acabar primeiro, ou seja, o reagente limitante. Para isso, comparamos a proporção de mols que a reação precisa com o que a gente tem.
A reação diz que:
Vamos ver quantos mols de
seriam necessários para reagir com os 2941,18 mol de
:
Mas a gente só tem 3125,00 mol de
, que é menos do que os 3676,48 mol necessários. Então, o
é o reagente limitante.
Passo 4
Como o oxigênio é o limitante, a amônia vai sobrar. Vamos calcular quanto de excesso de amônia vai ficar.
Primeiro, vemos quantos mols de
são necessários para usar os 3125,00 mol de
:
A gente tinha 2941,18 mol de
, então o excesso é:
A porcentagem de excesso é:
Passo 5
A extensão da reação, que é a quantidade de mols que de fato reagiu, está diretamente ligada ao reagente limitante. Como usamos 3125,00 mol de
, e a cada 5 mol de
reage 4 mol de
, a extensão da reação (
) é:
Passo 6
Finalmente, vamos calcular a massa de
produzida. De acordo com a reação, para cada 4 mol de
que reagem, 4 mol de
são produzidos. Então, a quantidade de
produzida é igual à extensão da reação:
A massa molar do
é:
Total:
Então, a massa de
produzida é:
Resposta
O reagente limitante é o
, a amônia (
) possui um excesso de aproximadamente 17,65%. A extensão da reação é de 625,00 mol e a massa de
produzida é de 18,75 kg.