O clássico processo Haber de produção de amônia, cujo…
(Uerj) O clássico processo Haber de produção de amônia, cujo rendimento é de 80% em condições ótimas, está representado na equação abaixo.
N2(g) + 3 H2(g) ⇌ 2 NH3(g) ΔH < 0
A equação a seguir representa um processo alternativo de produção de amônia, que tem como reagentes gás natural, vapor d’água e ar atmosférico. O rendimento deste processo é de 20% em condições ótimas.
7 CH4(g) + 10 H2O(v) + 8 N2(g) + 2 O2(g) ⇌ 16 NH3(g) + 7 CO2(g) ΔH < 0
Admita comportamento ideal dos gases e vapores envolvidos.
a) Considerando um mesmo volume de nitrogênio, calcule a razão entre os volumes de amônia gasosa produzidos pelo processo Haber e pelo processo alternativo, ambos em condições ótimas.
b) Os dois processos apresentam baixíssimas velocidades de conversão a 25 °C. Para aumentar essas velocidades, a temperatura deverá ser alterada. Indique o tipo de alteração necessário e seu efeito sobre o rendimento de ambos os processos.
Utilize a tabela periódica para calcular as massas molares quando necessário.
Resolução
Item a: a razão entre os volumes de amônia
Como os dois volumes são medidos nas mesmas condições, a razão entre eles não depende dessas condições. Para fazer a conta, usamos o volume molar dos gases na CNTP, 22,4 L.
No processo Haber, 1 mol de N2 produz 2 mol de NH3. Calculamos o volume dessa amônia:
Com o rendimento de 80% do processo Haber, temos:
No processo alternativo, 8 mol de N2 produzem 16 mol de NH3: também são 2 mol de NH3 para cada mol de N2, como no processo Haber. Então, sem o rendimento, o volume de amônia é o mesmo, 44,8 L. Com o rendimento de 20%, temos:
Por fim, calculamos a razão entre os volumes de NH3:
Portanto, o processo Haber produz 4 vezes o volume de amônia do processo alternativo, a partir do mesmo volume de nitrogênio.
Item b: a temperatura e o rendimento
O aumento da temperatura aumenta a velocidade dos dois processos. Porém, as duas reações são exotérmicas (ΔH < 0): pelo princípio de Le Chatelier, o aumento da temperatura desloca o equilíbrio no sentido dos reagentes, e o rendimento cai.
Portanto, a temperatura deve ser aumentada, o que aumenta a velocidade dos dois processos, mas diminui o rendimento de ambos.
