Em uma unidade experimental de produção de fertilizantes, o nitrogênio do ar reage com o hidrogênio para…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar as propriedades dos materiais para avaliar a adequação de seu uso em diferentes aplicações (industriais, cotidianas, arquitetônicas ou tecnológicas) e/ ou propor soluções seguras e sustentáveis considerando seu contexto local e cotidiano.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Em uma unidade experimental de produção de fertilizantes, o nitrogênio do ar reage com o hidrogênio para formar amônia, substância usada na fabricação de diversos produtos agrícolas. Em um ensaio, são colocados em um reator 5,00 g de N2 e 6,00 g de H2. A reação pode ser representada pela equação: N2 + 3 H2 ? 2 NH3. Considerando a reação apresentada e as massas molares N = 14,0 g/mol e H = 1,0 g/mol, identifique o reagente limitante e calcule a massa máxima de NH3 formada nesse ensaio.
- A) N₂ é o reagente limitante; formam-se aproximadamente 9,11 g de NH₃.
- B) N₂ é o reagente limitante; formam-se aproximadamente 6,07 g de NH₃.
- C) H₂ é o reagente limitante; formam-se aproximadamente 17,00 g de NH₃.
- D) N₂ é o reagente limitante; formam-se aproximadamente 3,04 g de NH₃.
- E) N₂ é o reagente limitante; formam-se aproximadamente 5,71 g de NH₃.
✅ Resposta correta: alternativa B
Resolução passo a passo
- Calcular a quantidade de matéria de N2. Usando massa molar do N2 = 2 x 14,0 = 28,0 g/mol, temos 5,00 / 28,0 = 0,1786 mol de N2.
- Calcular a quantidade de matéria de H2. Com massa molar do H2 = 2 x 1,0 = 2,0 g/mol, temos 6,00 / 2,0 = 3,00 mol de H2.
- Verificar o reagente limitante. Pela equação N2 + 3 H2 -> 2 NH3, 1 mol de N2 reage com 3 mol de H2. Para consumir 0,1786 mol de N2 seriam necessários 3 x 0,1786 = 0,5357 mol de H2. Como há 3,00 mol de H2 disponíveis, o H2 está em excesso e o N2 é o reagente limitante.
- Calcular o NH3 formado a partir do N2 limitante. Pela proporção 1 mol de N2 para 2 mol de NH3, obtemos 2 x 0,1786 = 0,3571 mol de NH3.
- Converter em massa. A massa molar do NH3 = 14,0 + 3 x 1,0 = 17,0 g/mol, logo 0,3571 x 17,0 = 6,07 g de NH3.
- Conclusão. A alternativa correta é a B, que coincide com o gabarito oficial. Alternativa A: estaria errada, pois 9,11 g corresponde a 0,5357 mol de NH3, quantidade de H2 consumida e não de produto. Alternativa C: estaria errada, pois o H2 não é o limitante, já que há excesso dele. Alternativa D: estaria errada, pois ignora o coeficiente 2 do NH3 e obtém metade da massa correta. Alternativa E: estaria errada, pois usa massa molar do NH3 igual a 16 g/mol, esquecendo um átomo de H.
💡 Dica: Calcule a quantidade de mols de N2 e H2 antes de identificar o reagente limitante.
Alternativa por alternativa
O aluno calcula a quantidade de H2 necessária para consumir todo o N2 (0,5357 mol) e a trata como se fosse a quantidade de NH3 produzida, multiplicando por 17 g/mol.
Por que engana: Confundir a quantidade de reagentes e calcular a massa de NH3 sem considerar qual é o reagente limitante.
A massa molar de N₂ é 28,0 g/mol, portanto 5,00 g correspondem a 5,00/28,0 = 0,1786 mol de N₂. A massa molar de H₂ é 2,0 g/mol, portanto 6,00 g correspondem a 3,00 mol de H₂. Pela equação, 1 mol de N₂ exige 3 mol de H₂; assim, 0,1786 mol de N₂ exigem 0,5358 mol de H₂. Como há 3,00 mol de H₂, o H₂ está em excesso e o N₂ é o reagente limitante. A proporção entre N₂ e NH₃ é de 1:2, logo formam-se 0,3572 mol de NH₃. Como a massa molar de NH₃ é 17,0 g/mol, a massa produzida é 0,3572 × 17,0 ≈ 6,07 g.
O aluno compara as massas dadas (5,00 g de N2 e 6,00 g de H2) sem considerar as massas molares e os coeficientes, concluindo que o H2 seria o limitante; além disso, a massa de 17,00 g corresponde a apenas 1 mol de NH3, sem base na estequiometria.
O aluno identifica corretamente o N2 como limitante e calcula 0,1786 mol, mas usa a proporção 1:1 entre N2 e NH3, ignorando o coeficiente 2 do NH3 na equação balanceada.
O aluno chega a 0,3571 mol de NH3 corretamente, mas usa massa molar de 16 g/mol para o NH3, esquecendo um dos três átomos de hidrogênio (14 + 2 x 1 em vez de 14 + 3 x 1).
Raio-X da questão
reagente limitante e rendimento
avaliacao
cálculo estequiométrico · reagente limitante
Revisar cálculos estequiométricos e conceitos de reagente limitante.
Confundir a quantidade de reagentes e calcular a massa de NH3 sem considerar qual é o reagente limitante.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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