Questão 2

ITA 2022

Química

(ITA - 2022 - 2ª fase)

O método de determinação da quantidade de nitrogênio amonical (NH_x) em amostras de efluentes baseia-se nas seguintes etapas: (i) alcalinização da amostra, com excesso de base forte para produção de amônia, (ii) a qual é posteriormente destilada e recolhida em uma quantidade conhecida de uma solução padrão de ácido bórico. Após reação da amônia com o ácido, (iii) o borato formado é titulado com uma solução padrão de ácido sulfúrico, formando sulfato de amônio. Considere que uma amostra de 20,00 mL de efluente com densidade de 1,50 g cm^-3 foi alcalinizada com excesso de NaOH e que a titulação do borato consumiu 18,00 mL de uma solução aquosa 0,500 mol L^-1 em ácido sulfúrico. Com base nessas informações:

a) escrevas as reações químicas balanceadas que representam cada uma das etapas envolvidas nesse método.

b) calcule o valor numérico da massa (em g) de sulfato de amônio formado.

c) calcule o valor numério da massa (em g) de nitrogênio na amostra.

d) calcule o valor numérico do percentual do elemento N na amostra.

Dados:

massas molares (em g mol^-1): H = 1,00 ; B = 10,80 ; N = 14,00 ; O = 16,00 ; Na = 23,00 ; S = 32,00 ;

Gabarito:

Resolução:

a) As reações envolvidas em cada uma das etapas são:

$(i) NH^{+}_{4} + NaOH ightarrow NH_{3} + H_{2}O + Na^{+}$
$(ii) 3 NH_{3} + H_{3}BO_{3} ightarrow (NH_{4})_{3}BO_{3}$
$(iii) 2 (NH_{4})_{3}BO_{3} + 3 H_{2}SO_{4} ightarrow 3 (NH_{4})_{2}SO_{4} + 2 H_{3}BO_{3}$

b) Ao reagir $18,00 mL$ de ácido sulfúrico com concentração $0,500 mol/L$ , a quantidade de matéria de ácido que reage é:

$0,500 mol - 1000 mL$
$x - 18 mL$

$x = 9 cdot 10^{-3} mol de H_{2}SO_{4}$

A proporção da reação entre o ácido sulfúrico e o sulfato de amônio é 3:3 segundo a equação (iii):

$3 mol de H_{2}SO_{4} - 3 mol de (NH_{4})_{2}SO_{4}$
$9 cdot 10^{-3} mol de H_{2}SO_{4} - y$

$y = 9 cdot 10^{-3} mol de (NH_{4})_{2}SO_{4}$

Para calcular a massa de sulfato de amônio basta converter a quantidade de matéria utilizando a massa molar. Como a massa molar do $(NH_{4})_{2}SO_{4}$ é $132,14 g/mol$ :

$1 mol de (NH_{4})_{2} - 132,14 g$
$9 cdot 10^{-3} mol de (NH_{4})_{2} - z$

$z = 1,19 g de (NH_{4})_{2}SO_{4}$

A massa de $(NH_{4})_{2}SO_{4}$ é ${color{Red} 1,19 g}$ .

c) Sabendo a massa de $(NH_{4})_{2}SO_{4}$ é possível montar uma proporção estequiométrica com $NH^{+}_{4}$ :

$(i) 6 NH^{+}_{4} + 6 NaOH ightarrow 6 NH_{3} + 6 H_{2}O + 6 Na^{+}$
$(ii) 6 NH_{3} + 2 H_{3}BO_{3} ightarrow 2 (NH_{4})_{3}BO_{3}$
$(iii) 2 (NH_{4})_{3}BO_{3} + 3 H_{2}SO_{4} ightarrow 3 (NH_{4})_{2}SO_{4} + 2 H_{3}BO_{3}$

Então a proporção é $6 mol de NH^{+}_{4} : 3 mol de (NH_{4})_{2}SO_{4}$ , portanto a proporção é $2 : 1$ . A proporção em massa, utilizando a massa molar, é: