Ácido sulfúrico pode ser fabricado pelo processo de contato de acordo com as seguintes reações:
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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
(em massa). Calcule:
© Quantas toneladas de
são requeridas por dia para a reação 3?
© Quantas toneladas de
Passo 1
Beleza, o enunciado diz que a gente vai produzir 2 000 ton/dia de H₂SO₄ a 98 % em massa e pede, na reação 3 (SO₃ + H₂O → H₂SO₄), quantas toneladas de H₂ são necessárias por dia.
Conteúdo: este exercício é de estequiometria e balanço de massa. Vamos precisar
Conteúdo: este exercício é de estequiometria e balanço de massa. Vamos precisar
- Converter a produção de ácido para massa pura de H₂SO₄;
- Usar massa molar para achar número de mols de H₂SO₄;
- Saber a relação molar entre H₂SO₄ e H₂ (via molécula de H₂O);
- Calcular a massa de H₂ a partir dos mols.
Passo 2
Primeiro, quantos kg de H₂SO₄ puro a gente faz por dia?
Você tem 2 000 t/dia de solução a 98 % m/m, então:
Você tem 2 000 t/dia de solução a 98 % m/m, então:
Em kg isso dá
Passo 3
Agora convertemos essa massa em número de mols. A massa molar do H₂SO₄ é
Então o número de mols de H₂SO₄ formados é
$$n_{\rm H_2SO_4} = \frac{m_{\rm H_2SO_4}}{M_{\rm H_2SO_4}}
= \frac{1{,}960\times10^6\ {\rm kg}}{0{,}09808\ {\rm kg/mol}}
\approx 2{,}00\times10^7\ {\rm mol}$$
Passo 4
Na reação 3, cada mol de H₂SO₄ vem de 1 mol de H₂O:
A água traz 1 mol de H₂ (porque H₂O tem dois H, ou seja, H₂). Logo, para cada mol de H₂SO₄ precisamos de 1 mol de H₂.
Portanto
Passo 5
Basta agora converter mols de H₂ em massa. A massa molar do H₂ é
Então
$$m_{H_2} = n_{H_2}\times M_{H_2}
=2,00\times10^7\ {\rm mol}\times0{,}002016\ {\rm kg/mol}
\approx4,03\times10^4\ {\rm kg}
4,03\times10^4\ {\rm kg} = 40{,}3\ {\rm t}$$
Resposta
Você vai precisar de aproximadamente 40,3 toneladas de H₂ por dia para a reação 3.