Questão 2 Unifesp 2º dia - Elite Colégio e Pré-Vestibular

Questão 2

Reações de oxirredução Estequiometria Equação Termoquímica

O ácido nítrico ( $H N O_{3}$ ) é um dos produtos mais importantes da indústria química, por ser matéria-prima fundamental para a obtenção de diversos produtos, desde medicamentos até explosivos. A produção desse ácido se dá a partir da amônia, por meio de um processo em etapas cuja reação global é representada por:

$N H_{3_{(g)} +} 2 O_{2_{(g)}} \to H N O_{3_{(a q)}} + H_{2} O_{_{(l)}} ∆ H = - 434 k J / m o l d e H N O_{3}$

a) Qual reagente atua como redutor no processo de produção do ácido nítrico? Justifique sua resposta, com base na variação dos números de oxidação.

b) Admitindo rendimento de 100% e sabendo que o volume molar de gás medido nas CATP (condições ambientais de temperatura e pressão) é igual a 25 L/mol, calcule o volume de $O_{2}$ (g), medido nessas condições, necessário para produzir 6,3 toneladas de $H N O_{3}$ . Calcule a quantidade de energia, em kJ, envolvida nessa reação.

Resolução

a) O reagente que atua como redutor é o $N H_{3}$ , pois possui o nitrogênio que tem seu NOX variando de -3 para +5 na reação, ou seja, sofre oxidação.

b) Sendo o volume molar de gás nas condições ambientes de temperatura e pressão (CATP) = 25 L/mol e calculando a massa molar (M) do ácido nítrico ( $H N O_{3}$ ):

$M = 1 + 14 + 3 . 16 \to M = 63 g / m o l$

Temos, a partir da equação balanceada, a proporção entre as quantidades em mol do gás oxigênio ( $O_{2}$ ) e do ácido nítrico ( $H N O_{3}$ ). A massa de $H N O_{3}$ formada é de 6,3 toneladas ou 6,3.10⁶ g.

$2 m o l O_{2} - - - - 1 m o l H N O_{3} 2.25 L - - - - 63 g V - - - - 6, 3 . 10^{6} g V = \frac{2.25.6, 3 . 10^{6}}{63} \to V = 5 . 10^{6} L$

Cálculo da quantidade de energia liberada para 6,3 t ou 6,3 .10⁶g de HNO₃:
$1, 0 m o l d e H N O_{3} (r e a ç ã o) : 63 g - - - - l i b e r a 434 k J 6, 3 . 10^{6} g - - - - y y = l i b e r a 4, 34 . 10^{7} k J$