A amônia é queimada para formar ácido nítrico na seguinte reação:
a) Calcule a razão (
que reage/ mol NO formado).
b) Se a amônia alimenta um reator contínuo com uma vazão de
, que vazão de alimentação de oxigênio (kmol/h) corresponderia a
de excesso de
?
c) Se
de amônia e
de oxigênio alimentam um reator em batelada, determine o reagente limitante, a percentagem de excesso do outro reagente, a extensão da reação (mol) e a massa de NO produzido (kg), admitindo que a reação é completa.
b) Se a amônia alimenta um reator contínuo com uma vazão de
c) Se
Passo 1
Vou reescrever claramente o que o enunciado pede e listar os dados que temos, para a gente não se perder no meio do desespero (tô contigo, vai dar certo!). O enunciado dá a reação:
Perguntas:
- (a) Calcular a razão
mol que reage / mol formado . - (b) Se a amônia alimenta um reator contínuo com vazão de
100{,}0\ \mathrm{kmol}\ \mathrm{NH}_{3}/\mathrm{h} , que vazão de alimentação de (kmol/h) corresponderia a de excesso de ? - (c) Num reator em batelada entram
50{,}0\ \mathrm{kg}\ \mathrm{NH}{3} e 100{,}0\ \mathrm{kg}\ \mathrm{O}{2} . Determinar: - qual o reagente limitante;
- a percentagem de excesso do outro reagente;
- a extensão da reação (em mol);
- a massa de
produzida (kg), assumindo reação completa.
Dados úteis que vamos usar (vou explicitar as massas molares que vou usar):
Anota aí: quando aparecer massa e a gente precisar de mols, vai usar a fórmula
onde
é o número de mols,
é a massa (em g) e
é a massa molar (em g/mol).
Passo 2
Entendendo a estequiometria da reação (explicando a ideia como se eu estivesse ao seu lado na prova): a equação balanceada diz quantos mols de cada substância reagem e se formam quando a reação ocorre numa proporção estequiométrica. Se eu escrever genericamente a reação com uma “extensão”
(essa é uma ferramenta muito útil), então as variações de mols seguem as razões da equação balanceada. Aqui, se a reação progride
mol de reação, então:
-
consumido: mol, -
consumido: mol, -
formado: mol.
Isso nos permite relacionar quantidades facilmente. Guarda essa ideia: coeficientes estequiométricos viram proporções lineares entre mols.
Passo 3
Resposta da parte (a) — razão
mol
que reage / mol
formado
.
Lê a equação: para cada
4\ \mathrm{NO}
formado reagem
5\ \mathrm{O}_2
. Então a razão pedida é
Numericamente,
Interpretação prática: para formar 1 mol de
são necessários
mol de
.
Passo 4
Resposta da parte (b) — fluxo de
para
de excesso quando
100{,}0\ \mathrm{kmol/h}) de
entram.
Primeiro: calcular a necessidade estequiométrica de
para
100{,}0\ \mathrm{kmol}\ \mathrm{NH}_3/\mathrm{h}
. Pela estequiometria,
4\ \mathrm{NH}_3) consomem
5\ \mathrm{O}_2). Então por mol de
precisamos de
mol de
. Logo a vazão estequiométrica de
é
Agora
de excesso significa alimentar
da quantidade estequiométrica. Então a vazão de
alimentada deve ser
Passo 5
Parte (c): converter massas fornecidas em mols (passo necessário para decidir reagente limitante).
Temos
50{,}0\ \mathrm{kg}\ \mathrm{NH}_3) e
100{,}0\ \mathrm{kg}\ \mathrm{O}_2). Converto para gramas e divido pela massa molar:
Para
:
Passo 6
Determinar o reagente limitante (explicando o raciocínio como eu faria na prova):
- Se todo o
fosse consumido, a necessária (estequiométrica) seria
Como
é menor que
, falta
para consumir toda a amônia. Portanto
é o reagente limitante.
Passo 7
Calcular a percentagem de excesso do outro reagente (
):
A quantidade de
necessária para consumir todo o
disponível (isto é, a quantidade estequiométrica de
correspondente a
) é
Temos na alimentação
. O excesso em mols é
A percentagem de excesso (relativa à quantidade necessária) é
Passo 8
Calcular a extensão da reação
e a massa de
produzida. (Lembra: a extensão máxima é limitada pelo reagente limitante.)
Usando
como limitante: cada mol de reação consome
mol de
. Logo a extensão máxima é
Com essa extensão, a quantidade de
formada é
:
Agora converto para massa usando
:
Arredondamentos típicos: posso reportar como
ou
dependendo do número de algarismos significativos que você queira; vou manter
por coerência com os cálculos.
Passo 9
Resumo rápido (só para amarrar as contas antes de entregar a resposta final): reagente limitante
, excesso de
cerca de
, extensão
, massa de
.
Resposta
(a)
(b)
(c) Reagente limitante:
; Excesso de
:
; Extensão:
; Massa de
: