(Dificuldade 3 - Dissertativa) A síntese de amônia via Haber: N2 + 3 H2 -> 2 NH3, ?H° = -92,4 kJ (por reação…

Questão

(Dificuldade 3 - Dissertativa) A síntese de amônia via Haber: N2 + 3 H2 -> 2 NH3, ?H° = -92,4 kJ (por reação escrita). Uma planta produz 1,50×10^6 kg de NH3 por ano. Calcule (a) as massas de N2 e H2 necessárias (assuma conversão total) e (b) a energia térmica liberada. Discuta duas medidas sustentáveis para reduzir impacto energético e de matéria-prima.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Cálculos: MM NH3 = 17,03 g·mol?¹ = 0,01703 kg·mol?¹. n(NH3)=1,50×10^6 kg /0.01703 kg·mol?¹ ˜8,82×10^7 mol. Pela estequiometria: n(N2)=n(NH3)/2 ˜4,41×10^7 mol; m(N2)=4,41×10^7·28,02·10?3 ˜1,23×10^6 kg. n(H2)=(3/2)·n(NH3)˜1,32×10^8 mol; m(H2)=1,32×10^8·2,016·10?3 ˜2,66×10^5 kg. Energia: ?H por mol NH3 = (-92,4 kJ)/2 = -46,2 kJ·mol?1. Energia liberada ˜ n(NH3)·46,2 kJ ˜4,07×10^9 kJ (˜4,07×10^3 GJ). Medidas sustentáveis: recuperar calor liberado para pré-aquecer reagentes ou gerar vapor; obter H2 por eletrólise com eletricidade renovável ou usar captura/sequestro de CO2 e otimizar ciclo para menor pressão/temperatura com catalisadores mais eficientes.

Explicação

1) Converter massa NH3 em mols: n=mass/MM. 2) Usar razões estequiométricas: n(N2)=n(NH3)/2; n(H2)=3/2·n(NH3). 3) Multiplicar por MM para obter massas. 4) Energia: ?H por mol NH3·n(NH3). 5) Sugerir recuperação de calor e H2 renovável.

Raio-X da questão

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