FUVEST 2020: Arla 32 é uma solução de aproximadamente 32 g de ureia (H2NCONH2) em 100 mL

FUVEST 2020: Arla 32 é uma solução de aproximadamente 32 g de ureia (H 2 NCONH 2 ) em 100 mL de água utilizada em veículos a diesel para dim...

FUVEST 2020: Arla 32 é uma solução de aproximadamente 32 g de ureia (H2NCONH2) em 100 mL de água utilizada em veículos a diesel para diminuir as emissões de óxidos de nitrogênio (NO e NO2), que podem causar problemas ambientais quando em excesso na atmosfera. A solução de Arla, ao ser adicionada aos gases de escape do motor, em alta temperatura, forma amônia (reação I).

Em uma segunda etapa, a amônia formada reage com NO2 e gera gás nitrogênio e água (reação II).

(I) H2NCONH2(aq) + H2O(l) → 2NH3(g) + CO2(g)
(II) 8NH3(g) + 6NO2(g) → 7N2(g) + 12H2O(g)

a) Escreva a fórmula de Lewis da ureia.

b) Calcule quantos litros de solução de Arla 32 são necessários para consumir todo o NO2 produzido em uma viagem de 100 km, considerando que a quantidade de NO2 formado por esse veículo é de 460 mg por km rodado. Indique os cálculos.

c) Considerando que a reação entre NH3 e NO forma os mesmos produtos que a reação II, o volume gasto de Arla 32 para consumir o NO seria menor, igual ou maior ao usado para consumir uma mesma quantidade em mol de NO2? Justifique mostrando a reação entre NH3 e NO.

Note e adote:
Considerar todas as reações com 100% de rendimento.
Massas molares: ureia = 60 g . mol⁻¹;
NO2 = 46 g . mol⁻¹
Distribuição eletrônica: H: 1s¹; C: 1s² 2s² 2p²;
N: 1s² 2s² 2p³; O: 1s² 2s² 2p⁴

QUESTÃO ANTERIOR:
- FUVEST 2020: O lítio foi identificado no século XIX a partir das observações do naturalista e estadista brasileiro José Bonifácio de Andrada e Silva.

RESOLUÇÃO:
a) Fórmula de Lewis da ureia
Pelos dados fornecidos, o número de elétrons na camada de valência do nitrogênio, carbono, oxigênio e hidrogênio são respectivamente, 5, 4, 6 e 1.

b) Cálculo da massa de NO2 liberada num percurso de 100km.
460mg de NO2 –––––– 1 km
                   x –––––– 100km
x = 46000mg = 46g de NO2

Cálculo da massa de ureia para reagir com 46g de NO2:
Dados: H2NCONH2 + H2O → 2NH3 + CO2
8NH3 + 6NO2 → 7N2 + 12H2O

Multiplicando a 1ª equação por 4 e somando, temos:
4H2NCONH2 + 6NO2 → 7N2 + 4CO2 + 8H2O
Cada
4 mols de H2NCONH2 reagem com 6 mols de NO2
↓                                                         ↓
4 . 60g ––––––––––––––––––––––– 6 . 46g
    x ––––––––––––––––––––––– 46g
    x = 40g de ureia

Cálculo do volume de Arla 32 necessário
32g de ureia ––––––– 100 mL de solução
40g de ureia ––––––– y
y = 125 mL = 0,125L de Arla 32

c) Equações balanceadas das reações de NO2 e NO com NH3.
8NH3 + 6NO2 → 7N2 + 8H2O
4NH3 + 6NO → 5N2 + 6H2O
Para uma mesma quantidade de matéria de NO2 e NO (6 mols), a quantidade de NH3 necessária para reagir com NO2 será o dobro (8 mols) que para reagir com NO (4 mols).
Será gasto o dobro do volume de Arla 32 para reagir com NO2 do que com NO.

PRÓXIMA QUESTÃO:
- FUVEST 2020: Muitos metais (Mⁿ⁺) em água, dependendo do pH da solução, formam hidróxidos (M(OH)n) insolúveis.

QUESTÃO DISPONÍVEL EM:
- Prova FUVEST 2020 - 2º Fase, 2º Dia - com Resolução