Hidrogênio pode ser obtido pela passagem de vapor de água sobre ferro aquecido, o qual se transforma em tetróxido de triferro. Este óxido pode posteriormente ser reduzido por monóxido de carbono propiciando a recuperação de ferro. Calcule a massa de CO necessária para efetuar essa recuperação, após obter-se 100.000 kg de hidrogênio:
Passo 1
O enunciado fornece duas reações e pede a massa de monóxido de carbono necessária para reduzir o óxido formado depois de obter-se
de hidrogênio. Informações dadas:
Dado numérico principal: massa de hidrogênio produzida
. Pergunta: calcular a massa de
necessária para reduzir o óxido e recuperar o ferro, após essa produção de
.
Passo 2
Balancear as reações (passo essencial para obter as razões molares corretas).
Balanceamento da primeira reação. Vamos igualar átomos de ferro, oxigênio e hidrogênio. A equação balanceada é:
Verificação: ferro:
à esquerda e
no
; oxigênio:
em
e
no
; hidrogênio:
à esquerda e
à direita com
. Tudo balanceado.
Balanceamento da segunda reação. Precisamos que os oxigênios da
formem
. A equação balanceada é:
Verificação: ferro:
no óxido e
à direita; oxigênio:
no óxido e
em
. Balanceado.
Passo 3
Determinar a relação molar entre
produzido e
consumido.
Da primeira reação:
mols de
são produzidos por cada
mol de
formado.
Da segunda reação: mols de
são consumidos para reduzir
mol de
(e assim recuperar o ferro).
Da segunda reação:
Portanto, por cada
mol de
formado, produzem-se
mol de
e consomem-se
mol de
. Assim a razão molar entre
consumido e
produzido é
Conclusão importante (muito útil na prova): cada mol de
produzido exige exatamente
mol de
para recuperar o ferro. Ou seja,
.
Passo 4
Converter a massa de
dada em número de mols. Aqui preciso usar o conceito de mol e massa molar:
- Um mol de qualquer substância contém
entidades (constante de Avogadro), mas para cálculos este valor não é necessário se usamos massa molar. - Massa molar é a massa de
mol da substância, em .
Massa molar do hidrogênio molecular:
Converter
para gramas:
Número de mols de
:
Calculemos:
Passo 5
Usar a razão molar
para obter os mols de
necessários:
Agora converter esse número de mols de
em massa. Massa molar do
:
Massa de
em gramas:
Calculemos:
Converter para quilogramas:
Passo 6
Arredondamento e interpretação final (como você faria na prova): é suficiente apresentar a massa de
com três ou quatro algarismos significativos. Assim:
Você pode também escrever isso como aproximadamente
se quiser dois algarismos significativos.