Centro Universitário Anchieta

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Química Inorgânica II - Prof. Vanderlei I. Paula
Lista de Exercícios 3 – turma 2014
GABARITO: 3a lista de exercícios // Grupo 15/5V-A
1) Por que os elementos do grupo do nitrogênio, ao contrário dos elementos do grupo
do boro, são conhecidos por serem excelentes bases de Lewis? Desenhe a geometria
mais favorável dos hidretos deste grupo? Pg. 243 Lee.
Resposta: O grupo do boro é conhecido como grupo deficiente de elétrons, isso se
deve ao fato de existir um orbital p vazio para todos os elementos. A configuração
eletrônica típica é sp2 + p0 logo a geometria é trigonal. O fato de existir um orbital p
vazio, possibilita que os elementos do grupo do boro atuem como ácido de Lewis
quando recebem um par de elétrons.
O grupo do nitrogênio possui hibridização sp3, no entanto, possui um orbital p com
dois elétrons, ou seja, um orbital preenchido o que possibilita que esse grupo atue
como uma base de Lewis doando um par de elétrons.
2) Como é obtido industrialmente o nitrogênio? pg. 407 Shriver
Resposta: O nitrogênio é obtido industrialmente pelo processo de destilação do ar
atmosférico seco. Incialmente o ar atmosférico é seco através de colunas de sílica para
absorção de umidade e em seguida o CO2 é eliminado por colunas que contém CaO
que leva a formação de CaCO3. O ar atmosférico seco é comprimido cerca de 100
vezes e em seguida é expandido no chambre. O processo de expansão realiza trabalho
o que absorve grande quantidade de calor, consequentemente a temperatura é reduzida
o suficiente para liquefazer o ar atmosférico (N2 e O2),ou seja, passagem na fase
líquida. O líquido é então aquecido e poderá ser separado por diferença de ponto de
ebulição (-196°C para o N2 e – 183°C para o O2).
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Lista de Exercícios 3 – turma 2014
3) Explique o processo Haber-Bosch de obtenção da amônia. Quais providências,
você como engenheiro, tomaria para aumentar o rendimento da reação de produção da
amônia? pg. 247 Lee.
(quem tiver interesse, há na pg. 644 do Shriver um pouco sobre catálise na obtenção
da amônia).
Resposta: O processo de Haber-Bosh consiste na síntese do amoníaco que é
atualmente um processo largamente empregado em escala industrial onde os
parâmetros que interferem na reação química entre nitrogênio e hidrogénio são
idealmente ajustados a fim de maximizar a síntese da amônia.
É uma reação catalisada com óxido de ferro(II), sob as condições de 250 atm
e temperatura próximo de 450 °C.: N2 (g) + 3 H2 (g)  2 NH3 (g) + energia
O processo foi desenvolvido por Fritz Haber e Carl Bosch em 1909 e patenteado
em 1910. Foi usado pela primeira vez, à escala industrial, na Alemanha durante
aPrimeira Guerra Mundial. Para a produção de munição os alemães dependiam
do nitrato de sódio importado do Chile, que era insuficiente e incerto. Dadas entre
outros as investidas dos aliados contra as rotas marítimas de transporte da matériaprima, os alemães passaram a utilizar prontamente o processo de Haber para a
produção de amoníaco. A amônia (amoníaco) produzida era oxidada para a produção
do ácido nítrico pelo processo Ostwald e este utilizado para a produção
deexplosivos de azoto/nitrogênio, usados na produção de munições.
Os procedimentos que devem ser tomados a fim de aumentar o rendimento reacional é
associado à interpretação dos dados físicos químicos que governam o equilíbrio
reacional, no caso se tem uma reação que o processo global é exotérmico. Inicialmente
a temperatura reacional deve ser aumentada a fim de promover maior ativação das
espécies intermediárias e em seguida a temperatura deve ser diminuída para favorecer
o sistema exotérmico. O somatório dos volumes molares da reação {1 N2 (g) + 3
H2 (g)  2 NH3 (g) + energia} envolve 4 volumes para reagente e 2 volumes para os
produtos, assim de acordo com a proposta de LeChatelier o aumento da pressão tende
como resposta ao equilíbrio a diminuição da pressão até ser reestabelicido o equilíbrio
novamente e isso só é possível graças a alteração de volume para os produtos. Quanto
maior a pressão o sistema se desloca para os menores volumes.
4) O processo Ostwald, para obtenção do ácido nítrico, baseia-se na oxidação
catalítica da amônia. Explique o processo Ostwald. Pg. 254 Lee.
Resposta: O processo Ostwald é um processo comercial, inventado por Wilhelm
Ostwald, usado para a produção de ácido nítrico (HNO3). O processo utiliza
a amônia (NH3) produzido pelo processo de Haber. A amônia é aquecida com
um catalisador de platina para a formação do óxido nítrico (NO), que é oxidado para
produzir dióxido de nitrogênio (NO2), que reage com a água produzida anteriormente
originando finalmente o ácido nítrico:
4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O
2 NO + O2 → 2 NO2
3 NO2 1 H2O → 2 HNO3(aq) + NO
+
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5) O que significa o termo NPK? Como poderia ser obtido um superfosfato? Dê
algumas aplicações para os fosfatos. pg. 261 Lee.
Resposta: O termo NPK é referente à Nitrogênio (NO3-), Fósforo (PO4-3) e Potássio
(K+). Estes três nutrientes são vendidos em sacos de adubos ou fertilizantes (termo
comercial) para fins agrícolas, nas formas de KNO3-P2O5-K2O, divididos em
percentagens. Por exemplo, 10-10-10 (equivalente a 10% de N, 10% de P2O5, 10% de
K2O), 4-14-8 (equivalente a 4% de N, 14% de P2O5, 8% de K2O), etc. O agricultor ou
jardineiro escolhe a composição N-P2O5-K2O do fertilizante que é mais apropriada a
quantidades de nutrientes que a planta precisa.
O superfosfato simples é um fertilizante amplamente encontrado no comércio. A sua
composição principal é a seguinte 3Ca(H2PO4)2.H2O + 7CaSO4. A fabricação desse
fertilizante é feita a partir do tratamento dos fosfatos naturais (apatitas e fosforitas)
com o ácido sulfúrico. Isso resulta em um fertilizante com cerca de 18% de
P2O5 solúvel em água e 40 % de gesso agrícola (CaSO4 .2H2O), sendo 20% de Ca e
10 a 12% de S . Portanto o superfosfato simples é uma boa fonte de fonte de fósforo,
cálcio e enxofre, macronutrientes essenciais às plantas.
O uso do superfosfato simples junto com o esterco animal apresenta inúmeras
vantagens. Em primeiro lugar proporciona uma fórmula de adubação mais balanceada,
principalmente no caso de adubação de plantio para hortaliças, frutíferas e cafeeiros.
Uma tonelada de esterco fresco de gado corresponde a aproximadamente 50kg da
fórmula 10-5-10. Acrescentando-se 30kg de superfosfato simples em pó sobre uma
tonelada de esterco, o material resultante corresponderá a 50kg da fórmula 10-15-10.
Outra vantagem é que a aplicação do superfosfato simples em pó sobre o esterco
diminui as perdas de amônia, consequentemente retendo o nitrogênio, macronutriente
importante para melhorar as produtividades das culturas. A perda de nitrogênio pode
ocorrer tanto nos compostos orgânicos quanto nos fertilizantes nitrogenados. A
liberação de amônia ocorre quando o teor do resíduo é maior que 2,4%, pois qualquer
quantidade que exceda o necessário para os microorganismos decomporem o material
orgânico será descartada na forma de NH3.
6) Explique o processo de obtenção do fósforo? Qual a diferença estrutural entre o
fósforo branco e o vermelho?
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O fósforo é obtido através do aquecimento de uma mistura de Ca3(PO4)2, SiO2 e C. A
mistura gera vapor de P4 e CO na chaminé de saída de gás. O fósforo é recolhido e
guardado sobre a água para evitar o contato com o O2 que leva a formação de P2O5 e
liberação de grande quantidade de energia. No esquema abaixo é apresentado uma
ilustração do forno elétrico de obtenção do fósforo branco.
O fósforo branco (P4) possui estrutura idêntica da figura abaixo, no entanto, é reativo
e pode se polimerizar, ou seja, gerar cadeias de união (ligação de uma estrutura de P4
com outro P4 e assim por diante). Evidentemente há uma alteração na configuração do
fósforo branco (P4) e no fósforo vermelho (Pn), mas sempre o fósforo irá ter o mesmo
número de ligações químicas (3).
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7) O processo de Haber para a síntese da amônia foi um grande avanço em relação à
fixação de nitrogênio atmosférico. No processo Haber-Bosch, a síntese é realizada em
temperatura de 400 a 500 °C e pressão de 200 a 600 atm, utilizando um catalisador
apropriado. A reação que ocorre é:
N2(g) + 3H2(g)  2 NH3(g)
Supondo um rendimento de 80% para a reação, calcule a quantidade em gramas de
amônia produzida, partindo-se de 28 g de N2(g) e de um excesso de H2(g).
Dados: Massas molares: N2 = 28 g/mol NH3 = 17 g/mol
Resposta: A primeira atitude de um estudante quando depara com um cálculo
estequiométrico e montagem da equação química seguido do balanceamento.
1 N2(g) + 3 H2(g)  2 NH3(g)
1 mol
3mol
2mol
teórico
28 g
34g
exercício
28 g
excesso
X
X = 34 g para 100% de rendimento
Cada um mol de N2 possui 28g, como se tem 1 mol, logo se tem 28g. Já para NH3
cada mol possui 17g, a reação forma 2 mol, logo 2x17g = 34g.
O rendimento é calculado por regra de três abaixo:
NH3
34 g --- 100%
X g --- 80%
X = 27,2 g
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