Uma fábrica de fertilizantes produz o fertilizante superfosfatado, tratando fosfato de cálcio com
de pureza pelo
concentrado, pela reação:
Em um teste realizado, foram misturados
de fosfato de cálcio com
de
, obtendo
de superfosfato
. Calcule:
a) o reagente limitante;
b) a porcentagem em excesso do reagente;
c). a conversão da reação;
d) a porcentagem de conversão de fosfato em superfosfato.
a) o reagente limitante;
b) a porcentagem em excesso do reagente;
c). a conversão da reação;
d) a porcentagem de conversão de fosfato em superfosfato.
Passo 1
O enunciado dá a reação (escrita no enunciado):
e as seguintes informações experimentais:
- massa de fosfato de cálcio:
com pureza (ou seja, parte desse material é efetivamente ); - massa de
: (assumimos ácido puro); - massa de superfosfato obtida experimentalmente:
de (vou tratar esse produto como , que é a fórmula usual do superfosfato);
O que o enunciado pede:
a) identificar o reagente limitante;
b) calcular a porcentagem em excesso do reagente que sobra;
c) calcular a conversão da reação (rendimento da reação);
d) calcular a porcentagem de conversão do fosfato em superfosfato.
Passo 2
Balanceando e interpretando a estequiometria: a forma correta balanceada (a que corresponde ao processo industrial) é
Explicação rápida do porquê: conferindo átomos à esquerda e à direita obtemos Ca:
, P:
, H:
, S:
, O também se conserva. Essa estequiometria diz que 1 mol de
reage com 2 mol de
para dar 1 mol de superfosfato
.
Agora precisamos das massas molares para converter massa ↔ mol. Como calcular massa molar: somamos a massa atômica de cada elemento multiplicada pelo número de átomos no composto. Usarei valores aproximados:
,
,
,
,
.
Cálculo das massas molares (apresento os termos somados):
Essas massas molares servem para transformar massas (g) em mols via
.
Passo 3
Converter as massas dadas em quantidade de matéria (mols), lembrando da pureza do fosfato:
- massa efetiva de
disponível:
- número de mols de
:
- número de mols de
(massa ):
Passo 4
Determinar o reagente limitante usando a estequiometria:
- pela estequiometria,
precisa de . - se todo o fosfato (
) fosse consumido, seria necessário
- como só há
de , há menos ácido do que o necessário; portanto o ácido é o reagente limitante.
Declare: reagente limitante =
.
Passo 5
Calcular quanto de cada substância é consumido e o que sobra:
- com ácido limitante, todo o ácido disponível é consumido (assumindo que a reação pára por falta de ácido). A estequiometria dá que cada 2 mol de ácido formam 1 mol de produto; então o número máximo de mols de produto que pode ser formado a partir do ácido disponível (rendimento teórico, se reagisse 100%) é
- massa teórica de produto:
- número de mols de fosfato consumidos (1 mol fosfato → 1 mol produto):
- sobra de fosfato em mols:
- definição usada para “porcentagem em excesso do reagente”: vou adotar a definição comum em química industrial — porcentagem em excesso relativa à quantidade estequiométrica necessária (ou seja, quanto a mais existe em relação ao que seria necessário para reagir completamente com o outro reagente). Assim,
Aqui a quantidade estequiométrica necessária de fosfato (dada o ácido presente) é
. Portanto
(Observação: se alguém pedisse excesso relativo à quantidade inicial, seria
; deixei claro que usei a definição relativa ao necessário estequiométrico.)
Passo 6
Calcular a conversão (rendimento experimental) da reação:
- rendimento (conversão da reação) é tipicamente a razão entre a massa (ou mols) de produto obtida experimentalmente e a massa (ou mols) de produto teórico (se a reação tivesse ido a 100%), vezes
. - massa experimental de produto:
- rendimento:
Passo 7
Calcular a porcentagem de conversão do fosfato em superfosfato:
- cada mol de produto corresponde a 1 mol de
consumido. Portanto primeiro convertemos a massa experimental de produto em mols:
- fração do fosfato inicial convertido:
Interpretando:
do fosfato disponível (após considerar a pureza) foi convertido em superfosfato, o restante ficou não reagido por falta de ácido.
Resposta
(a)
(b)
(c)
(d)
(b)
(c)
(d)