Uma das principais utilizações da ureia na indústria é na produção de fertilizantes agrícolas, que possibilitam um aumento na produção de alimentos. A ureia pode ser obtida por meio da reação representada pela equação:

Em uma reação de formação da ureia, com 100% de rendimento, foram empregados 68 kg de amoníaco e 110 kg de gás carbônico.

A quantidade máxima de ureia formada nessas condições e o reagente em excesso são

Esta questão abrange conceitos relacionados à estequiometria de reações químicas e para resolvê-la é importante utilizar as informações em mols fornecidas na reação. 

Como o rendimento foi de 100%, todo o reagente limitante foi consumido para a formação do produto. Sendo assim, observemos os dados e a resolução da questão:

Dados:
Rendimento = 100%;
Massa amoníaco (NH₃) = 68 kg = 68 ∙ 1000 g = 68 ∙ 10³ g;
Massa gás carbônico (CO₂) = 110 kg = 110 ∙ 1000 g = 110 ∙ 10³ g;
Massas molares, g/mol (fornecidas na tabela periódica): C = 12; O = 16; N = 14; H = 1,0.

Resolução:
1) Para saber o reagente limitante e o reagente em excesso é preciso utilizar a informação em mols, que pode ser retirada da reação, já balanceada. Como o enunciado dá a massa é preciso transformar de mols para massa por regra de três, utilizando a massa molar (MM) dos compostos:

2 NH₃ (g) + CO₂ (g) → (NH₂)₂CO (aq) + H₂O (l)

MM (NH₃) = 14 + 3 ∙ 1 = 17 g/mol
MM (CO₂) = 12 + 16 ∙ 2 = 44 g/mol
MM ((NH₂)₂CO) = (14 + 2) ∙ 2 + 12 + 16 = 60 g/mol

• CO₂
De acordo com a reação, como em 1 mol de NH₃ tem-se 17 g, em 2 serão 17 ∙ 2:
 2 mols de NH₃ ^{reagem com} 1 mol de CO₂
2 ∙ 17 g de NH₃ ^{reagem com} 44 g de CO₂
     68 ∙ 10³         -----------    X
X = 68 ∙ 10³ ∙ 44/(2 ∙ 17) = 68 ∙ 10³ ∙ 44/34 = 2 ∙ 10³ ∙ 44 = 88 ∙ 10³ g = 88 kg de CO₂

De acordo com essa regra de três já é possível saber que o reagente limitante (que é totalmente consumido) é o NH₃, uma vez que reage com 88 kg de CO₂, mas, a massa de CO₂ utilizada é igual a 110 kg. Portanto, ele sobraria na reação, sendo o reagente em excesso. Para ilustrar, vejamos o quanto de NH₃ precisaria ser consumido utilizando-se 110 kg de CO₂:

• NH₃
2 mols de NH₃ ^{reagem com} 1 mol de CO₂
2 ∙ 17 g de NH₃ ^{reagem com} 44 g de CO₂
          Y             -----------    110 ∙ 10³
Y = 110 ∙ 10³ ∙ 2 ∙ 17/44 = 10 ∙ 10³ ∙ 2 ∙ 17/4 = 10 ∙ 10³ ∙ 17/2 = 85 ∙ 10³ g = 85 kg de NH₃

Seriam necessários 85 kg de NH₃, mas na reação são utilizados 68 kg, logo, ele é o reagente limitante e o CO₂ é o reagente em excesso.

2) A quantidade máxima de ureia formada precisa ser calculada utilizando-se o reagente limitante, por regra de três:

2 mols de NH₃   ^produzem  1 mol de (NH₂)₂CO
2 ∙ 17 g de NH₃  ^produzem    60 g de (NH₂)₂CO
   68 ∙ 10³           -----------             Z
Z = 68 ∙ 10³ ∙ 60/(2 ∙ 17) = 68 ∙ 10³ ∙ 60/34 = 2 ∙ 10³ ∙ 60 = 120 ∙ 10³ g = 120 kg

Gabarito do Professor: Letra D.