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Questão FC288079

Durante um experimento em um laboratório de química, um pesquisador realiza a síntese de amônia (NH3) a partir da reação entre nitrogênio (N2) e hidrogênio (H2) gasosos, de acordo

Engenharia Química

IDECAN · 2024

Durante um experimento em um laboratório de química, um pesquisador realiza a síntese de amônia (NH3) a partir da reação entre nitrogênio (N2) e hidrogênio (H2) gasosos, de acordo com a equação não balanceada a seguir:

 

N2 (g) +H2 (g) → N H3O(g)

 

A reação é realizada em um reator a uma temperatura de 500 °C e uma pressão de 20 atm. Após a reação, o pesquisador observa que a quantidade de amônia produzida é menor do que o esperado. Considerando que a entalpia de formação padrão da amônia é ΔHf °(NH3) = –46,2 kJ/mol. Assinale a assertiva que apresenta a variação de entalpia (ΔH) da reação e se a produção de amônia é favorecida ou não sob as condições fornecidas.

  1. A reação é exotérmica, com uma variação de entalpia de ΔH = –92,4 kJ/mol, e a produção de amônia é favorecida sob essas condições.
  2. A reação é exotérmica, com uma variação de entalpia de ΔH = –46,2 kJ/mol, e a produção de amônia é favorecida sob essas condições.
  3. A reação é endotérmica, com uma variação de entalpia de ΔH = +46,2 kJ/mol, e a produção de amônia é favorecida sob essas condições.
  4. A reação é endotérmica, com uma variação de entalpia de ΔH = +92,4 kJ/mol, e a produção de amônia é favorecida sob essas condições.
  5. A reação é exotérmica, com uma variação de entalpia de ΔH = –46,2 kJ/mol, e a produção de amônia não é favorecida sob essas condições.
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Gabarito

A

Comentário do professor

Balanceando a equação obtemos \( \mathrm{N_2(g) + 3H_2(g) \rightarrow 2NH_3(g)} \).

Usando entalpias de formação padrão, com \( \Delta H_f^\circ(\mathrm{NH_3})=-46{,}2\ \mathrm{kJ/mol} \) e \( \Delta H_f^\circ(\mathrm{N_2})=\Delta H_f^\circ(\mathrm{H_2})=0 \), calculamos:

\( \Delta H^\circ_{reação}=[2\times(-46{,}2)]-0 = -92{,}4\ \mathrm{kJ/mol} \).

Como \( \Delta H^\circ \) é negativo, a reação é exotérmica e libera calor.

Há redução no número de mols gasosos (4 → 2), portanto, segundo Le Chatelier, alta pressão favorece a formação de NH₃. Porém, por ser exotérmica, alta temperatura desfavorece o equilíbrio.

Com 500 °C (muito alta) e 20 atm, a pressão ajuda, mas a temperatura elevada prejudica o rendimento; ainda assim, termodinamicamente a reação é favorecida pela pressão e é exotérmica com \( \Delta H = -92{,}4\ \mathrm{kJ/mol} \).

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