[2.0] O ácido fosfórico, H3 PO4, pode ser produzido a partir da reação entre a fluoroapatita, Ca5(PO4)3 F, e o ácido sulfúrico, H2 SO4, de acordo com a seguinte equação quimica:
Ca 5(PO4)3 F(s)+5 H2 SO4(ell) 3 H3 PO4(ell)+5 CaSO4(s)+HF(g)
Considere a reação completa entre 50,45 g de fluoroapatita com 98,12 g de ácido sulfúrico.
a) Qual é o reagente limitante da reação?
b) Determine a quantidade máxima de ácido fosfórico produzida.

Passo 1

O enunciado dá a reação
Ca5(PO4)3F(s) ;+;5,H2SO4(ell);to;3,H3PO4(ell);+;5,CaSO4(s);+;HF(g)
e pede para identificar o reagente limitante e calcular a quantidade máxima de H3PO4 formada. Vamos usar estequiometria: calcular moles dos reagentes, comparar razões molares e determinar o rendimento teórico.

Passo 2

Calcular os moles iniciais de cada reagente.
Massa molar da fluoroapatita:
MCa5(PO4)3F =5cdot40,08 + 3l(30,97 + 4cdot16,00r) + 19,00 =504,31 g/mol
Logo,
nCa5(PO4)3F =50,45 g504,31 g/mol =0,10005 mol
Massa molar do ácido sulfúrico:
MH2SO4 =2cdot1,008 + 32,06 + 4cdot16,00 =98,076 g/mol,
nH2SO4 =98,12 g98,076 g/mol =1,00045 mol

Passo 3

Comparar as quantidades estequiométricas disponíveis dividindo o número de mols pelo coeficiente na reação:
nCa5(PO4)3F1=0,10005, nH2SO45=1,000455=0,20009
O menor valor indica o reagente limitante, que é a fluoroapatita Ca5(PO4)3F.

Passo 4

Calcular os mols de H3PO4 formados a partir do reagente limitante: a cada 1 mol de Ca5(PO4)3F formam-se 3 mol de H3PO4.
nH3PO4 =3 times 0,10005 =0,30015 mol
Massa molar do H3PO4:
MH3PO4 =3cdot1,008 + 30,97 + 4cdot16,00 =98,00 g/mol
Massa de H3PO4 produzida:
mH3PO4 =0,30015 moltimes98,00 g/mol =29,41 g

Resposta

(a) O reagente limitante é a fluoroapatita Ca5(PO4)3F.
(b) A quantidade máxima de H3PO4 produzida é 29,41 g.

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