Question

O gás nitrogênio que infla os airbags é produzido por dois reagentes, azida de sódio (NaN3) e nitrato de potássio (KNO3), de acordo com as seguintes reações não balanceadas:



A) NaN3(s) --> Na(s) + N2(g)

B) Na(s) + KNO3(s) --> K2O(s) + Na2O(s) + N2(g)



Considere um airbag contendo 130g de NaN3 e 100g de KNO3 e assinale o que for correto.

a
Na reação B, o gás nitrogênio é produzido por uma reação de óxido-redução.
b
Na reação A, o gás nitrogênio é gerado pela decomposição da azida de sódio
c
O airbag pode produzir no máximo 89,6g de gás nitrogênio.
d
O fabricante poderia diminuir os custos de produção do airbag, pois está usando KNO3 em excesso.
e
A quantidade de gás nitrogênio gerada pela reação A é cinco vezes a quantidade gerada pela reação B.

Answer 1

Olá, Raonysilva65. 

Antes de analisar as alternativas dadas, vamos balancear as reações químicas.

Reação A

Forma não balanceada: NaN3(s) → Na(s) + N2(g)
Forma balanceada: 2 NaN3(s) → 2Na(s) + 3 N2(g)

A reação A é a reação de decomposição da azida de sódio. O balanceamento é feito pelo método convencional, isto é, por checagem de coeficientes. O produto possui 2 átomos de nitrogênio, enquanto o reagente possui 3. Atribuindo o coeficiente 2 ao reagente (azida de sódio) e 3 ao produto (nitrogênio gasoso), a quantidade de átomos de nitrogênio é ajustada. Basta então conferir balanceamento para o sódio. Como o coeficiente no reagente é 2, basta assinalar o coeficiente 2 ao sódio metálico no produto, e assim o balanceamento da reação está feito. 

Reação B

Forma não balanceada: Na(s) + KNO3(s) → K2O(s) + Na2O(s) + N2(g)
Forma balanceada: 10 Na(s) + 2 KNO3(s) → K2O + 5 Na2O(s) + N2(g)

A reação B é uma reação de óxido-redução, em que o sódio é oxidado e o nitrogênio é reduzido. Assinalando-se o Nox (número de oxidação) de cada elemento na reação, vê-se que o Nox do sódio (Na) vai de 0 para +1 (lembre-se que compostos puros sempre tem Nox = 0), e o Nox do nitrogênio (N) vai de +5 para 0. Pela regra de balanceamento de reações redox, deve-se balancear a quantidade de elétrons envolvida no processo. 

Para levar o Nitrogênio de nox = +5 a nox = 0, ele precisa receber 5 elétrons. Porém há 2 átomos de nitrogênio no produto, ou seja, na verdade são necessários 10 elétrons.

O sódio varia de nox = 0 para nox = +1, indicando que o átomo de sódio perde 1 elétron.

Para que a quantidade de elétrons seja balanceada, é necessário que a oxidação do sódio produza 10 elétrons, o que só ocorre se o coeficiente do sódio nos reagentes for 10, já a oxidação do sódio produz um único elétron . Para balancear o sódio no produto, basta colocar 5 como coeficiente do Na2O no produto. Para ajustar o coeficiente do nitrogênio, basta colocar 2 como o coeficiente do KNO3 nos reagentes. Agora vem o balanceamento de potássio e oxigênio na reação. Se há 2 átomos de potássio (2 KNO3) no reagente e 2 átomos de potássio no produto. Há 6 átomos de oxigênio nos reagentes, e 6 átomos no produto: um no K2O e outros 5 em 5 K2O.

Feito o balanceamento, vamos analisar as alternativas. 

Alternativa A) Na reação B, o gás nitrogênio é produzido por uma reação de óxido-redução.

A afirmação é correta, pois como vimos, há mudança nos números de oxidação do sódio e do nitrogênio na reação, indicando que ocorre um processo de oxido-redução.

Alternativa B) Na reação A, o gás nitrogênio é gerado pela decomposição da azida de sódio.

A afirmação é correta. Uma reação de decomposição ocorre quando um único reagente dá origem a dois ou mais produtos, cuja estrutura é mais simples. É o que se observa na reação A.

Alternativa C) O airbag pode produzir no máximo 89,6g de gás nitrogênio.

A afirmação é correta.

130g de NaN3 correspondem a 2 mols de NaN3 (massa molar NaN3 = 65g/mol, $n = \frac{m}{MM}$ , $n = \frac{130 g}{65 g/mol} = 2 mol$).

2 mols de NaN3 produzem 3 mols de N2 (massa molar N2 = 28 g/mol, 3 mols x 28 g/mol = 84g N2). Além disso, produz 2 mols de Na (massa molar Na = 23 g/mol, 2 mols x 23 g/mol = 46 g). O balanço de massa é consistente, há 130 g de reagente (NaN3) e 130g de produto, 84g de N2 + 46g de Na.

Na segunda reação, 10 mols de Na produzem 1 mol de N2. Por regra de três, verifica-se que os 2 mols de Na gerados na decomposição do NaN3 só podem gerar 0,2 mols de N2. 0,2 mols x 28 g/mol = 5,6g N2.

Somando-se as duas quantidades de N2 geradas nas duas reações, temos:

84g N2 (reação a) + 5,6g N2 (reação b) = 89,6g N2 (total de N2 produzido)

Alternativa D) O fabricante poderia diminuir os custos de produção do airbag, pois está usando KNO3 em excesso.

A afirmação é correta. Por regra de três, verifica-se que seriam necessários apenas 0,4 mols de KNO3 para reagir com os 2 mols de Na gerados na primeira reação. 100g de KNO3 correspondem a 0,99 mol de KNO3 (massa molar KNO3 = 101 g/mol, n = 100g ÷ 101 g/mol = 0,99 mol. 

Alternativa E) A quantidade de gás nitrogênio gerada pela reação A é cinco vezes a quantidade gerada pela reação B.

A afirmação é falsa. Pelo balanceamento das reações, vê-se que a reação B produz um mol de N2, e a reação A produz 3 mols de N2, ou seja, a reação A produz três vezes mais gás nitrogênio que a reação B, e não cinco. 

Espero ter respondido a sua pergunta satisfatoriamente.