4 NH3+5 O2 4 NO+6 H2 O
© Se 50,0 kg de amônia e 100,0 kg de oxigênio alimentam um reator em batelada, determine o reagente limitante, a percentagem de excesso do outro reagente, a extensão da reação (mol) e a massa de NO produzido (kg), admitindo que a reação é completa.

Passo 1

Beleza, então a gente tem uma reação química onde 4 moléculas de amônia ( NH3) reagem com 5 moléculas de oxigênio ( O2) para formar 4 de monóxido de nitrogênio ( NO) e 6 de água ( H2O). O exercício manda a gente descobrir três coisas:
  1. Qual dos reagentes (amônia ou oxigênio) vai acabar primeiro, ou seja, quem é o reagente limitante.
  2. A porcentagem de excesso do outro reagente que vai sobrar.
  3. Quantos mols da reação vão acontecer e a massa de NO 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 ( NH3) é:
N: 14 , g/mol
H3: 3 times 1 = 3 , g/mol
Total: 14 + 3 = 17 , g/mol
Já a massa molar do oxigênio ( O2) é:
O2: 2 times 16 = 32 , g/mol
Agora, convertendo as 50,0 kg de NH3 para mols:
50,0 , kg = 50,000 , g
Mols de NH3 = 50,000 , g17 , g/mol approx 2941,18 , mol
E as 100,0 kg de O2:
100,0 , kg = 100,000 , g
Mols de O2 = 100,000 , g32 , g/mol approx 3125,00 , mol

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:
4 , mol , NH3 rea>=m com 5 , mol , O2
Vamos ver quantos mols de O2 seriam necessários para reagir com os 2941,18 mol de NH3:
54 times 2941,18 approx 3676,48 , mol
Mas a gente só tem 3125,00 mol de O2, que é menos do que os 3676,48 mol necessários. Então, o O2 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 NH3 são necessários para usar os 3125,00 mol de O2:
45 times 3125,00 = 2500,00 , mol
A gente tinha 2941,18 mol de NH3, então o excesso é:
2941,18 - 2500,00 = 441,18 , mol
A porcentagem de excesso é:
( 441,182500,00 ) times 100 approx 17,65%

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 O2, e a cada 5 mol de O2 reage 4 mol de NH3, a extensão da reação ( xi) é:
xi = 3125,00 , mol , O25 = 625,00 , mol

Passo 6

Finalmente, vamos calcular a massa de NO produzida. De acordo com a reação, para cada 4 mol de NH3 que reagem, 4 mol de NO são produzidos. Então, a quantidade de NO produzida é igual à extensão da reação:
Mols de NO = 625,00 , mol
A massa molar do NO é:
N: 14 , g/mol
O: 16 , g/mol
Total: 14 + 16 = 30 , g/mol
Então, a massa de NO produzida é:
625,00 , mol times 30 , g/mol = 18,750 , g = 18,75 , kg

Resposta

O reagente limitante é o O2, a amônia ( NH3) possui um excesso de aproximadamente 17,65%. A extensão da reação é de 625,00 mol e a massa de NO produzida é de 18,75 kg.

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