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Enunciado

Química - Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente - 5ª Edição - Peter Atkins, Loretta Jones e Leroy Laverman- Ed: 5º - Capítulo 8.1 - Ex. 86

8.86) O hidrogênio reage com o gás nitrogênio para formar amônia. (a) Qual é a energia livre de Gibbs padrão da reação 3 H2(g) + N2(g) → 2 NH3(g) em 298 K? (b) Se 50,1 L de gás H2 em 1 bar e 298 K são adicionados a 15,6 L de N2, também em 1 bar e 298 K, e a amônia resultante dissolve-se para formar 2,00 L de uma solução em água, (a) que quantidade de amônia pode se formar? (b) Qual é a concentração molar da solução de amônia em água?

Na resolução da questão 8.86 é necessário ter conhecimento no calculo da energia livre de Gibbis, ter em mãos uma tabela com os valor da energia livre de Gibbs de transformação e usar bastante regra de três, em simples né? Vamos nessa!

Para calcular a Energia Livre de Gibbs para uma reação utilizamos a seguinte fórmula:

∆G = n.Gp – n.Gr

∆G= Energia Livre de Gibbs;

N= Coeficiente estequiométrico;

Gp= Energia livre de Gibbs de Formação (tabelada) dos produtos.

Gr= Energia livre de Gibbs de Formação (tabelada) dos reagentes;

Agora, mãos a obra!

Passo 1

Calcular a energia livre de gibbs.

Passo 2

Utilizar o volume ocupado pelo H2 e o volume ocupado apenas por um mol para descobrir o numero de mols do sistema.

Passo 3

Novamente utilizar o volume, mas agora ocupado pelo N2 e o volume ocupado apenas por um mol para descobrir o numero de mols do sistema.

Passo 4

Utilizar a equação da reação para determinar a quantidade de H2 que reagiria com 0,63 mols de N2.

Passo 5

Encontrar quantos mols de NH3 seraim formados por 0,63 mols de N2.

Passo 6

Determinar o volume ocupado por 1,26   m o l   N H 3   ( g ) .

Passo 7

Encontrar a concentração molar de 1,26   m o l   N H 3   ( g ) em um volume de 2 litros.

Resposta

  1. Aqui vamos calcular a energia livre de gibbs, como a equação dada no enunciado da questão já esta balanceada falta apenas pegar os valores tabelas da energia de gibbs de formação e utilizar a foumula já conhecida. A equação balanceada é descrita da seguinte forma:

    2. 3 H2 + N2 = 2 NH3

    Onde,

    H2 = 0

    N2 = 0 

    NH3 = -16,45 kj.mol-1

    Agora utilizando a equação da energia livre de gibbs e substituindo os resultados

    ∆G = n.Gp – n.Gr

    ∆G = 2 . (-16,45 kj.mol-1) – 0

    ∆G = - 32,9 kj

  2. Conhecendo que o volume de H2(g) é 50,1 L e que o de N2(g) é 15,6L e sabedo que 1 mol de gas ideial ocupa um determinado volume de 24,78L é possivel calcular o numero de mols dos dois elementos, usando o volume total que eles ocupam e o espaço ocupado por apenas 1 mol.

H 2   ( g ) = 50,1 L 24,78   L   .   1   m o l

= 2   m o l

N 2   ( g ) = 15,6   L 24,78   L   .   1   m o l

= 0,63   m o l

Relembrando a equação balanceada podemos recordar que 3 mols de H2 reagiam com 1 mol de N2(g), agora precisamos determinar quantos mols de H2(g) reagiriam com 0,63 mol de N2(g), para isso basta utilizar uma regra de três relacionando as informações que já possuímos.

0,63   m o l   N 2 g .   3   m o l   H 2   g 1   m o l     N 2 g

= 1,89   m o l   H 2   ( g )

Com base também no balanceamento da equação é possivel notar que 1 mol de N2(g) gera NH3 (g), agora vamos calcular como anteriormente o numero de mols que sera formado a partir de 0,63 mol de N2(g).

0,63   m o l   N 2 g .   2   m o l   N H 3   ( g ) 1   m o l     N 2 g

= 1,26   m o l   N H 3   ( g )

Anteriormente foi citado o volume que 1 mol de gas ideal ocupa, agora vamos encontrar o volume que esse valor 1,26   m o l   N H 3   ( g ) ocupa no espaço, okay? Estamos pertinho, basta multiplicar esse valor pelo volume unitário, não é tao difícil, vamos la!

1,26   m o l   N H 3 g .   2 24,78   L   1   m o l     N H 3 g

= 31,2   L

Finalmente 1,26   m o l   N H 3   ( g ) vai ser dissolvido e formar 2 L de uma solução aquosa, dessa for ssa solução contem 1,26   m o l   d e   N H 3   ( g ) , dessa forma é possivel encontrar a concentração molar, certo? Exatamente, basta dividir a quantidade de mols, pelo volume!

  1,26   m o l   N H 3 g   2   L   d e   N H 3 g

= 0,63   M   d e   N H 3 g

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