Ciências da NaturezaFísico-Química (Estequiometria, Soluções, Termoquímica e Cinética)Difícil
Questão de Físico-Química (Estequiometria, Soluções, Termoquímica e Cinética) — ENEM
Em um estudo sobre sustentabilidade na indústria química, pesquisadores analisam o equilíbrio dinâmico da síntese de amônia pelo processo Haber-Bosch, representado pela equação N₂(g) + 3 H₂(g) ⇌ 2 NH₃(g), com ΔH = −92 kJ/mol. No equilíbrio, as taxas das reações direta e inversa se igualam e as concentrações das espécies permanecem constantes. Segundo o Princípio de Le Chatelier, quando uma perturbação é aplicada ao sistema em equilíbrio, este responde de modo a minimizar o efeito da perturbação. Em uma análise de otimização do processo industrial, os engenheiros avaliam três intervenções separadas: I — aumento da pressão total do sistema; II — aumento da temperatura do sistema; III — remoção contínua da amônia formada. Considerando o Princípio de Le Chatelier e a equação apresentada, quais intervenções favorecem o deslocamento do equilíbrio no sentido de formar mais amônia?
ASomente a intervenção II.
BSomente as intervenções I e II.
CSomente as intervenções I e III.
DAs intervenções I, II e III igualmente.
ESomente a intervenção III.
Gabarito comentado
O Princípio de Le Chatelier orienta a análise de equilíbrios: pressão desloca para o lado com menos mols gasosos; aumento de temperatura favorece a reação endotérmica; remoção de produto desloca para os produtos. No Haber-Bosch, a temperatura alta é usada por razões cinéticas, mas impõe um equilíbrio menos favorável termodinamicamente.
Resolução passo a passo
Intervenção I — aumento de pressão: a reação direta consome 1 + 3 = 4 mols de gás e forma 2 mols, reduzindo o número total de mols gasosos. Pelo Princípio de Le Chatelier, o sistema responde favorecendo o lado com menos mols de gás, ou seja, o lado dos produtos, deslocando o equilíbrio para a formação de amônia. Intervenção II — aumento de temperatura: como ΔH é negativo, a reação direta é exotérmica. Aumentar a temperatura favorece a reação inversa (endotérmica), que consome amônia; logo o equilíbrio se desloca para os reagentes, diminuindo a produção de amônia. Intervenção III — remoção de amônia: reduz a concentração do produto, e o sistema responde tentando recompor essa concentração, deslocando o equilíbrio para os produtos. Assim, apenas as intervenções I e III favorecem a formação de amônia, pois o aumento de temperatura faz o contrário.
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