Um caminhão tanque carregando
de solução de ácido sulfúrico concentrado
tomba e derrama sua carga. O ácido sulfúrico contém
de
em massa e tem densidade de
. Se são adicionados
de carbonato de sodio
para neutralizar o ácido, conforme a reação, responda:
a) Qual a quantidade em massa de
que é liberada?
b) Qual a concentração molar e a fração molar do
?
b) Qual a concentração molar e a fração molar do
Passo 1
O enunciado dá as seguintes informações e pede duas coisas:
- Massa da solução de ácido sulfúrico no caminhão:
. - A solução contém
de em massa. - Densidade da solução:
. - É adicionada massa de carbonato de sódio:
de . - Reação de neutralização fornecida:
O enunciado pede:
a) A massa de liberada.
b) A concentração molar (molaridade) e a fração molar do na solução.
a) A massa de
b) A concentração molar (molaridade) e a fração molar do
Passo 2
Primeiro vou calcular a massa de
presente na solução. A solução tem massa total
.
- Fração em massa de
: . - Massa de
:
Em gramas (para usar com massas molares):
Explicação rápida (didática): multiplicar a massa total pela fração mássica dá a massa do soluto. Aqui 95% da massa da solução é ácido.
Passo 3
Calcular o número de mols de
.
- Massa molar do
: calcular somando massas atômicas aproximadas: -
, , . - Assim
.
-
- Número de mols:
Explicação (didática): para converter massa em mols divide-se a massa pela massa molar (g/mol).
Passo 4
Calcular o número de mols de
adicionados.
- Massa adicionada:
. - Massa molar de
: -
, , . -
.
-
- Número de mols:
Explicação (didática): mesma ideia que antes — massa dividida pela massa molar dá mols. Note que os valores estão na ordem de
mol.
Passo 5
Determinar o reagente limitante e quantos mols de
saem.
- A estequiometria da reação mostra proporção
entre e , e também mol de por mol de cada reagente consumido. - Comparando mols:
-
. -
.
-
Como
, o
é o reagente limitante. Portanto o número de mols de
liberado é igual a
:
Explicação (didática): reagente limitante é aquele que se esgota primeiro; a reação só pode consumir tanto reagente quanto a menor quantidade estequiometricamente permite.
Passo 6
Calcular a massa de
liberada.
- Massa molar do
: . - Massa de
:
Em quilogramas:
Explicação (didática): multiplica-se o número de mols pela massa molar para obter a massa do gás liberado. Arredondei para três algarismos significativos no resultado final.
Passo 7
Agora calculo a concentração molar (molaridade) da solução de
.
Molaridade é definida como:
Preciso do volume da solução. Usei a densidade fornecida
.
- Massa da solução:
. - Volume em mL:
- Converter para litros:
Agora a molaridade:
Explicação (didática): densidade relaciona massa com volume; dividir massa total pela densidade dá volume. Depois divide-se mols pelo volume em litros para obter molaridade. O valor obtido (≈
) é coerente com ácidos sulfúricos concentrados.
Passo 8
Calcular a fração molar (
) do
na solução.
- Massa de água na solução:
- Massa molar da água:
. - Número de mols de água:
(Usei arredondamento adequado; este valor é da ordem de
.)
- Número total de mols na solução:
- Fração molar do
:
Explicação (didática): fração molar é a proporção do número de mols do componente pelo número total de mols na mistura; varia entre 0 e 1.
Resposta
a)
b)