Questão 5 Fuvest 2020 - 2ª fase - dia 2 - Elite Colégio e Pré-Vestibular

Questão 5

Estrutura de Lewis Reações Sucessivas Estequiometria

Arla 32 é uma solução de aproximadamente 32 g de ureia (H₂NCONH₂) em 100 mL de água utilizada em veículos a diesel para diminuir as emissões de óxidos de nitrogênio (NO e NO₂), que podem causar problemas ambientais quando em excesso na atmosfera. A solução de Arla, ao ser adicionada aos gases de escape do motor, em alta temperatura, forma amônia (reação I). Em uma segunda etapa, a amônia formada reage com NO $_{2}$ e gera gás nitrogênio e água (reação II).

a) Escreva a fórmula de Lewis da ureia.
b) Calcule quantos litros de solução de Arla 32 são necessários para consumir todo o NO₂ produzido em uma viagem de 100 km, considerando que a quantidade de NO₂ formado por esse veículo é de 460 mg por km rodado. Indique os cálculos.
c) Considerando que a reação entre NH₃ e NO forma os mesmos produtos que a reação II, o volume gasto de Arla 32 para consumir o NO seria menor, igual ou maior ao usado para consumir uma mesma quantidade em mol de NO₂? Justifique mostrando a reação entre NH $_{3}$ e NO.

Resolução

a) Na fórmula de Lewis deve-se representar todos os pares de elétrons (compartilhados ou não) por dois pontos (:). A fórmula da ureia está representada abaixo:

b) Para calcular o volume de Arla 32, é necessário primeiro determinar a equação global do processo. Antes de somar as equações, devemos igualar a quantidade de $N H_{3}$ produzida na primeira etapa com a quantidade consumida na segunda etapa, multiplicando a equação I por 4:

$I) 4 H_{2} N C O N H_{2 (a q)} + 4 H_{2} O_{(l)} \to 8 N H_{3 (g)} + 4 C O_{2 (g)} I I) 8 N H_{3 (g)} + 6 N O_{2 (g)} \to 7 N_{2 (g)} + 12 H_{2} O_{(g)} 4 H_{2} N C O N H_{2 (a q)} + 6 N O_{2 (g)} \to 7 N_{2 (g)} + 8 H_{2} O_{(g)} + 4 C O_{2 (g)}$

A quantidade de $N O_{2}$ formado no processo para uma viagem de 100 km pode ser determinada como:

$m (N O_{2}) = 460 m g . 100 k m = 46000 m g o u 46 g$

Calculando a quantidade de ureia consumida:

$4 H_{2} N C O N H_{2} - - - - - 6 N O_{2} 4 . 60 g - - - - - 6 . 46 g x - - - - - 46 g x = \frac{4.60.46}{6.46} = 40 g u r e i a$

Calculando o volume de solução de Arla 32, sabendo que, pelo enunciado, há 32 g de ureia a cada 100 mL de solução:

$32 g d e u r e i a - - - - - 100 m L 40 g - - - - - V V = 125 m L o u 0, 125 L$

c) A reação entre amônia e NO forma os mesmos produtos da reação II. Assim, podemos equacionar:

$4 N H_{3} + 6 N O \to 5 N_{2} + 6 H_{2} O$

Segundo o enunciado, devemos considerar a mesma quantidade em mol de NO e NO₂, ou seja:

Equação II: 6 mols de NO₂ : 8 mols de NH₃

Equação acima: 6 mols de NO : 4 mols de NH₃

Como o consumo de NO precisa de menor quantidade de amônia (NH₃), logo a quantidade de ureia também será menor, necessitando menor volume de Arla 32.