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A reação de síntese do amoníaco pode ser traduzida por
$$\mathrm{N}_{2}(\mathrm{g})+3 \mathrm{H}_{2}(\mathrm{g}) \rightleftharpoons 2 \mathrm{NH}_{3}(\mathrm{g}) \quad \Delta H=-92 \mathrm{~kJ} \mathrm{~mol}^{-1}$$
Considere que se introduziu, num reator com a capacidade de $1,00 \mathrm{~L}$, uma mistura de nitrogénio, hidrogénio e amoníaco, em fase gasosa, em diferentes concentrações.
O gráfico da Figura 4 representa a evolução, ao longo do tempo, $t$, das concentrações, $c$, dessas substâncias, à temperatura $T$.
Calcule o rendimento da reação de síntese do $\mathrm{NH}_{3}(\mathrm{g})$, nas condições consideradas.
Apresente todas as etapas de resolução.
Fonte: IAVE
Fonte: IAVE
Determinação do reagente limitante: de acordo com a estequiometria da reação 1 mol de $\mathrm{N}_{2}$ reage com 3 mol de $\mathrm{H}_{2}$, assim $0,200 \mathrm{~mol}\left(0,200 \mathrm{~mol} \mathrm{~dm}^{-3} \times 1,00 \mathrm{~dm}^{3}\right)$ de $\mathrm{N}_{2}$ reagiriam com $0,200 \mathrm{~mol} \times 3=0,600 \mathrm{~mol}$ de $\mathrm{H}_{2}$.
Estando disponíveis, inicialmente, apenas $0,500 \mathrm{~mol}\left(0,500 \mathrm{~mol} \mathrm{~dm}^{-3} \times 1,00 \mathrm{~dm}^{3}\right)$ de $\mathrm{H}_{2}$, este é o reagente limitante.
Cálculo da quantidade de amoníaco formado caso a reação fosse completa: 3 mol de $\mathrm{H}_{2}$ originam $2 \mathrm{~mol}$ de $\mathrm{NH}_{3}$, portanto $0,500 \mathrm{~mol}$ de $\mathrm{H}_{2}$ originariam $0,500 \mathrm{~mol} \times \frac{2}{3}=0,333 \mathrm{~mol}$ de amoníaco.
Cálculo da quantidade de matéria obtida de amoníaco:
$n_{\mathrm{NH}_{3}, \text { obtido }}=n_{\mathrm{NH}_{3}, \text { eq }}-n_{\mathrm{NH}_{3}}(0)=0,139 \mathrm{~mol} \mathrm{~dm}^{-3} \times 1,00 \mathrm{~dm}^{3}-0,050 \mathrm{~mol} \mathrm{~dm}^{-3} \times 1,00 \mathrm{~dm}^{3}=0,089 \mathrm{~mol}$
Cálculo do rendimento: $$\eta(\%)=\frac{n_{\mathrm{NH}_{3}, \text { obtido }}}{n_{\mathrm{NH}_{3}, \text { previsto }}} \times 100 \%=\frac{0,089 \mathrm{~mol}}{0,333 \mathrm{~mol}} \times 100 \%=27 \%$$
Fonte: SPF
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