FUVEST 2023: Os acontecimentos globais recentes mostraram a importância da oferta de fertilizantes nitrogenados

FUVEST 2023: Os acontecimentos globais recentes mostraram a importância da oferta de fertilizantes nitrogenados, como amônia e ureia, para a manutenção da segurança alimentar da população mundial. As mudanças na disponibilidade de gás natural impactam diretamente a produção de fertilizantes nitrogenados. As reações a seguir mostram o processo de formação de amônia e ureia a partir do gás natural:

(I) CH4(g) + H2O(g) → CO(g) + 3H2(g)

(II) N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)

(III) CO2(g) + 2NH3(g) → CO(NH2)2(s) + H2O(g)

Com base nessas informações e seus conhecimentos, responda:

a) Qual o principal componente do gás natural utilizado na produção de fertilizantes nitrogenados?

b) Uma outra forma de gerar H2 para a reação II é por meio da eletrólise da água utilizando energia solar. Escreva a equação balanceada da reação de eletrólise da água. Dê um argumento que justifique essa fonte de hidrogênio tornar o processo mais sustentável.

c) O Brasil consome cerca de 6 milhões de toneladas de ureia por ano. Considerando que toda a produção de ureia tenha o metano como partida, qual a massa, em toneladas, de gás natural necessária para a obtenção de 6 milhões de toneladas de ureia? Considere que o metano corresponde a 50%, em massa, de gás natural.

Note e adote:

Massas molares (g/mol): H = 1; C = 12; N = 14; O = 16.

RESOLUÇÃO (Cursos Objetivo):

a) O gás natural tem como principal constituinte o hidrocarboneto de menor massa molar, o metano (CH4).

b) Equação global da eletrólise da água:

O processo é sustentável, pois utiliza-se a energia solar como energia limpa (não produz impacto ambiental como, por exemplo, a queima de combustível fóssil) e o gás hidrogênio verde (H2) é obtido da água, uma fonte renovável.

c) Somando as três reações fornecidas, obtemos a equação global a seguir: