Durante a calibração de um sistema automatizado para produção de fertilizantes nitrogenados, um técnico supervisiona a síntese de amônia a partir de nitrogênio e hidrogênio em um reator fechado. A reação entre os dois gases ocorre em condições controladas de temperatura e pressão, e a eficiência do processo depende da correta proporção dos reagentes conforme a equação química balanceada. Considerando que o controle da produção exige o monitoramento preciso das quantidades de matéria envolvidas em cada etapa, inclusive em termos de mols, massa, volume e número de partículas, avalie as interpretações quantitativas da reação e assinale a alternativa correta.
Reação de Síntese da Amônia (Processo de Haber-Bosch):
N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)
As relações entre os participantes dessa reação podem ser lidas das seguintes maneiras:
Em Proporção de Moléculas:
A nível microscópico, 1 molécula de gás nitrogênio reage com 3 moléculas de gás hidrogênio para formar 2 moléculas de amônia.
Em Proporção de Mols:
Para quantidades molares, 1 mol de gás nitrogênio reage com 3 mols de gás hidrogênio, produzindo 2 mols de amônia.
Em Proporção de Massa:
Considerando as massas molares, 28 gramas de gás nitrogênio reagem com 6 gramas de gás hidrogênio para produzir 34 gramas de amônia, o que demonstra a conservação da massa.
Em Proporção de Volume (CNTP):
Nas Condições Normais de Temperatura e Pressão, 22,4 litros de gás nitrogênio reagem com 67,2 litros de gás hidrogênio para formar 44,8 litros de amônia.
Em Proporção de Número de Partículas:
Utilizando a constante de Avogadro, 6,02 x 1023 moléculas de gás nitrogênio reagem com três vezes esse número de moléculas de gás hidrogênio (aproximadamente 18,06 x 1023 moléculas) para formar duas vezes esse número de moléculas de amônia (aproximadamente 12,04 x 1023 moléculas).
- A A aplicação de 1,28 g de N2 em uma reação com 3 mols de hidrogênio gasoso permitirá a produção de 2 mols de amônia, desde que a temperatura e a pressão sejam mantidas constantes durante o processo.
- B A liberação de 3×6,02·1023 moléculas de hidrogênio permite a formação de exatamente 3 mols de amônia, desde que haja quantidade suficiente de gás nitrogênio para consumo total, segundo os coeficientes da equação balanceada.
- C A utilização de 1 mol de N2 e 3 mols de H2 resulta na formação de 2 mols de NH3, o que corresponde a aproximadamente 34 gramas de produto, respeitando a proporção estequiométrica de 1:3:2 entre os reagentes e o produto.
- D A adição de 22,4 litros de gás nitrogênio à temperatura e pressão ambiente reagirá completamente com 2 mols de gás hidrogênio, produzindo 1 mol de amônia e liberando 22,4 litros de gás produto.