3. Na síntese de amônia, 100 kg de hidrogênio reagem com 800 kg de nitrogênio para produzir 400 kg de amônia. Dados:
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a) Qual é o rendimento percentual de amônia
a) Qual é o rendimento percentual de amônia
Passo 1
Vamos lá! A gente vai resolver a questão sobre a síntese de amônia. O enunciado diz que 100 kg de hidrogênio reagem com 800 kg de nitrogênio para produzir 400 kg de amônia. A gente precisa encontrar o rendimento percentual dessa reação. Para isso, vamos usar conceitos de química como massa molar e cálculos de rendimento.
Passo 2
Primeiro, vamos encontrar as massas molares dos reagentes e do produto. Segundo o enunciado:
- Massa Molar do Nitrogênio (N) = 14,0 g/mol
- Massa Molar do Hidrogênio (H) = 1,0 g/mol
A amônia (NH₃) é composta por 1 átomo de nitrogênio e 3 de hidrogênio. Então, a massa molar da amônia é:
Passo 3
Agora, vamos converter as massas dos reagentes de kg para g para facilitar os cálculos:
- 100 kg de H = 100.000 g
- 800 kg de N = 800.000 g
Passo 4
Vamos calcular a quantidade de mols de cada reagente:
Passo 5
Agora, precisamos identificar o reagente limitante, ou seja, aquele que vai se esgotar primeiro e limitar a quantidade de produto formado. A reação balanceada para a síntese da amônia é:
Isso significa que 1 mol de N₂ reage com 3 mols de H₂ para formar 2 mols de NH₃.
Vamos verificar quantos mols de H₂ são necessários para reagir com 57.142,86 mols de N₂:
Mas temos apenas 100.000 mols de H₂, que é menos que 171.428,58 mols. Portanto, o hidrogênio é o reagente limitante.
Passo 6
Agora, vamos calcular a quantidade teórica de amônia que deveria ser formada a partir de 100.000 mols de H₂:
Convertendo isso para gramas:
Passo 7
Entretanto, no enunciado foi produzido apenas 400 kg de amônia. Para encontrar o rendimento percentual, usamos a fórmula:
Substituindo os valores:
Resposta
O rendimento percentual de amônia é aproximadamente 35,29%.