A equação química balanceada para a reação entre nitrogênio e hidrogênio para formar amônia é:

$$N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3$$

Para determinar a massa no final da reação, precisamos calcular o reagente limitante. Este é o reagente que é totalmente consumido na reação, limitando a quantidade de produto que pode ser formada.

Para calcular o reagente limitante, podemos comparar as proporções molares reais dos reagentes com as proporções molares estequiométricas da equação química balanceada.

Primeiro, calculamos os moles de cada reagente:

$$Moles \ de \N_2 =45 g / 28 g/mol =1,61 mol$$

$$Moles \ de \H_2 =30 g / 2 g/mol =15 mol$$

A seguir, calculamos a proporção molar dos reagentes:

$$Mole \ razão \ de \N_2 \ para \H_2 =1,61 mol / 15 mol =0,107$$

A razão molar estequiométrica de N2 para H2 da equação química balanceada é 1:3, o que equivale a 0,333.

Comparando a razão molar real com a razão molar estequiométrica, podemos ver que N2 é o reagente limitante porque sua razão molar real é menor que a razão molar estequiométrica. Isto significa que todo o N2 será consumido na reação e a quantidade de NH3 produzida será limitada pela quantidade de N2 disponível.

Para calcular a massa de NH3 produzida, utilizamos a estequiometria da equação química balanceada. Para cada 1 mol de N2 que reage, são produzidos 2 mols de NH3. A massa molar do NH3 é 17 g/mol.

$$Moles \ de \NH_3 \ produzidos =1,61 mol \ N_2 \vezes 2 mol \ NH_3 / 1 mol \ N_2 =3,22 mol \ NH_3$$

$$Massa \ de \NH_3 \ produzido =3,22 mol \ NH_3 \vezes 17 g/mol =54,54 g$$

Portanto, a massa ao final da reação será de 54,54 g de NH3.