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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b) Quem é o reagente limitante e a quantidade em mol do reagente em excesso que sobra.
b) Quem é o reagente limitante e a quantidade em mol do reagente em excesso que sobra.
Passo 1
Então, temos um exercício sobre a síntese da amônia. Você recebeu 100 kg de hidrogênio ($ \mathrm{H}_2
\mathrm{N}_2
\mathrm{NH}_3 $). Precisamos descobrir qual dos reagentes é o limitante e quantos mols do reagente em excesso vão sobrar depois da reação. Vamos usar conceitos de estequiometria e converter tudo para mols para resolver isso.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar a equação balanceada para a síntese da amônia:
Essa equação nos diz que 1 mol de nitrogênio reage com 3 mols de hidrogênio para formar 2 mols de amônia.
Passo 3
Agora, vamos converter as massas de hidrogênio e nitrogênio para mols usando as massas molares fornecidas:
- Massa molar do nitrogênio ($ \mathrm{N} $): 14,0 g/mol
- Massa molar do hidrogênio ($ \mathrm{H} $): 1,0 g/mol
Primeiro, calculamos a massa molar das moléculas:
Agora, convertemos as massas para mols:
Passo 4
Agora, vamos usar a estequiometria da reação para ver qual reagente vai acabar primeiro (limitante) e qual vai sobrar.
Segundo a equação balanceada, para cada 1 mol de $ \mathrm{N}_2 $, precisamos de 3 mols de $ \mathrm{H}_2 $.
Vamos calcular quantos mols de $ \mathrm{H}_2 $ são necessários para reagir com os 28.571 mols de $ \mathrm{N}_2 $:
Mas temos apenas 50.000 mols de $ \mathrm{H}_2 $. Isso significa que o $ \mathrm{H}_2 $ vai acabar primeiro, então ele é o reagente limitante.
Passo 5
Agora, vamos descobrir quantos mols de $ \mathrm{N}_2 $ vão reagir com os 50.000 mols de $ \mathrm{H}_2 $.
Usando a estequiometria da reação:
Agora, subtraímos os mols de $ \mathrm{N}_2 $ que reagiram dos mols iniciais para encontrar o que sobra:
Resposta
O hidrogênio ($ \mathrm{H}_2
\mathrm{N}_2 $).