Considere a reação industrial de Haber: N2(g) + 3 H2(g) ? 2 NH3(g), ?H° = -92,4 kJ por reação tal como escrita…

Questão

Considere a reação industrial de Haber: N2(g) + 3 H2(g) ? 2 NH3(g), ?H° = -92,4 kJ por reação tal como escrita (liberação por formar 2 mol NH3). Para a produção de 1000 kg de NH3, calcule a energia térmica liberada e explique, em termos de conservação de massa e energia, como temperatura e pressão são escolhidas em escala industrial visando produtividade e sustentabilidade.

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

Resposta esperada

Massa molar NH3 = 17,03 g·mol^-1 ? 1.000.000 g/17,03 ˜ 58 778,9 mol NH3. ?H por mol NH3 = -92,4 kJ / 2 = -46,2 kJ·mol^-1. Energia liberada ˜ -46,2·58 778,9 ˜ -2,715,6×10^6 kJ (˜ -2,716 GJ). Conservação de massa: alimentar proporção estequiométrica N2:H2 (1:3 em mol) e reciclar gases não reagidos para reduzir desperdício. Conservação de energia: reações exotérmicas liberam calor que deve ser removido para manter temperatura ótima; esse calor pode ser recuperado em trocadores para pré-aquecer correntes e melhorar eficiência. Quanto às condições: reação exotérmica favorece menor temperatura para maior rendimento (Lei de Le Châtelier), mas temperaturas muito baixas reduzem velocidade e exigem reatores maiores; portanto usa-se temperatura intermediária (˜400–500 °C) com catalisador para compromisso entre rendimento e cinética. Alta pressão desloca o equilíbrio para o lado com menos mols gasosos (4 ? 2), aumentando conversão, mas compressão exige energia e investimento; otimiza-se pressão (100–300 bar) onde ganho de rendimento compensa custo de compressão. Em sustentabilidade, integra-se recuperação de calor, uso eficiente de energia para compressão, reciclagem de reagentes e fontes de H2 com menor emissão de CO2 (e.g., H2 por eletrólise com energia renovável).

Explicação

1) Calcular mols NH3; 2) ajustar ?H por mol NH3 (-92,4/2); 3) multiplicar para obter energia; 4) aplicar Le Châtelier: reduzir T favorece produto, aumentar P favorece produto; 5) discutir compromisso cinética/termodinâmico e recuperação de calor e reciclagem para sustentabilidade.

Raio-X da questão

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