Questão 6
IME 2012
[IME- 2012/2013 - 2ª fase]
Um tubo vertical graduado, dotado de um êmbolo de peso não desprezível e sem atrito e de um dispositivo elétrico para produzir centelhamento, contém uma mistura gasosa composta de amônia (NH3) e fosfina (PH3) em equilíbrio térmico. Introduz-se, então, um volume de oxigênio gasoso que contém apenas a massa necessária para a oxidação estequiométrica dos reagentes presentes. Após a estabilização à temperatura original, o deslocamento do êmbolo indica um aumento de volume de 150 cm3. Provoca-se o centelhamento elétrico e, após o término da reação de combustão e o retorno à temperatura inicial, identifica-se um volume parcial de 20,0 cm3 de nitrogênio gasoso. Considerando que os únicos produtos reacionais nitrogenado e fosforado são, respectivamente, nitrogênio gasoso e pentóxido de difósforo, determine o volume da mistura original, antes da introdução do O2.
Gabarito:
Resolução:
Inicialmente havia os gases NH3 e PH3 no recipiente. Após a adição de O2, há reação somente com o PH3, já que esse componente tem baixa temperatura de auto ignição. Assim, o aumento do volume de 150cm3 corresponde aos produtos formados nessa reação, a amônia e o oxigênio só vão reagir após a centelha elétrica.
As reações que ocorrem são:
Sendo o volume parcial de N2 de 20cm3 temos que o volume de NH3 é diretamente proporcional pela estequiometria da reação 1N2 : 2NH3. Com isso, o volume de NH3 é 40cm3. Para se consumir todo o NH3 é necessário então, também pela estequiometria da reação 30cm3.
Agora olhando para a reação entre PH3 e O2:
O acréscimo de volume de 150cm3 corresponde ao volume dos produtos (V + 3V = 4V) e ao volume em excesso de oxigênio (30 cm3 que vai reagir com N2). Temos então:
Com isso o volume de PH3 é 60cm3 e o volume da mistura inicial é 100cm3.