Ácido sulfúrico pode ser fabricado pelo processo de contato de acordo com as seguintes reações:
  1. S+O2 SO2
  2. 2 SO2+O2 2 SO3
  3. SO3+H2 O H2 SO4
Você é convidado para participar de um projeto preliminar de uma unidade de produção de ácido sulfúrico com capacidade de 2.000 toneladas/dia de H2 SO4 98 % (em massa). Calcule:
(b) Quantas toneladas de oxigênio são requeridas por dia?

Passo 1

Beleza, então o problema é o seguinte: a gente quer produzir 2.000 t/dia de uma solução de H₂SO₄ a 98 % em massa e precisa saber quanta massa de O₂ (oxigênio) vai entrar todo dia nesse processo de contato. O conteúdo aqui é estequiometria (balanceamento e cálculo de mols/masse­mole), e a gente vai precisar das reações dadas, das massas molares e de um pouquinho de contas em sequência.

Passo 2

Primeiro, vamos descobrir quanta massa de H₂SO₄ “puro” sai por dia.
Como é uma solução 98 % em massa, dos 2.000 t só 98 % é H₂SO₄:
mrm H2SO4 = 0,98 times 2000;t = 1960;t

Passo 3

Agora transformamos essa massa de H₂SO₄ em mols.
Massa molar aproximada:
Mrm H2SO4 = 2times1 + 32 + 4times16 = 98;g/mol
Convertendo 1960 t para gramas:
1960;t = 1,960times10^6;kg = 1,960times10^9;g
Logo o número de mols de H₂SO₄ é
nrm H2SO4 = 1,960times10^998 approx 2,00times10^7;mol

Passo 4

Vamos à estequiometria das reações 1 e 2 (elas consomem O₂):
  1. S + O₂ → SO₂ consume 1 mol de O₂ para cada 1 mol de SO₂
  2. 2 SO₂ + O₂ → 2 SO₃ consume 1 mol de O₂ para cada 2 mol de SO₃
    Como cada mol de H₂SO₄ vem de 1 mol de SO₃ (reação 3: SO₃ + H₂O → H₂SO₄),
    para produzir 2×10⁷ mol de H₂SO₄ precisamos de:
    – reação 1: produzimos 2×10⁷ mol de SO₂, consumindo 2×10⁷ mol de O₂
    – reação 2: transformamos esses 2×10⁷ mol de SO₂ em 2×10⁷ mol de SO₃, consumindo (2×10⁷ mol SO₃)÷2 = 1×10⁷ mol de O₂
    Total de O₂ em mols = 2×10⁷ + 1×10⁷ = 3×10⁷ mol.

Passo 5

Convertemos mols de O₂ em massa:
Massa molar O₂ = 32 g/mol, então
mrm O2 = 3times10^7;mol;times;32;g/mol = 9,6times10^8;g = 9,6times10^5;kg = 960;t

Resposta

São necessárias cerca de 960 toneladas de O₂ por dia.

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