(Himmelblau 5.1.9) O ácido sulfúrico pode ser produzido pelo processo de contato de acordo com as seguintes reações:
-
-
-
Como parte de um projeto preliminar de uma planta industrial de ácido sulfúrico com a capacidade de produção de
dia de
(Baumé) (
de
em massa), necessita-se calcular o seguinte:
a) Quantas toneladas de enxofre puro são requeridas por dia para rodar essa planta?
b) Quantas toneladas de oxigênio são requeridas por dia?
c) Quantas toneladas de água são requeridas por dia para a reação 3?
a) Quantas toneladas de enxofre puro são requeridas por dia para rodar essa planta?
b) Quantas toneladas de oxigênio são requeridas por dia?
c) Quantas toneladas de água são requeridas por dia para a reação 3?
Passo 1
Vou organizar claramente o que o enunciado dá e o que pede, sem resolver nada ainda. \n
Dados do enunciado (extraídos do enunciado):\n
Dados do enunciado (extraídos do enunciado):\n
- Capacidade de produção:
da solução de ácido sulfúrico a .\n - Concentração em massa dada:
de na solução (ou seja, cada tonelada da solução contém t de ).\n - Reações fornecidas: \n
Perguntas que precisamos responder:\n
a) Quantas toneladas de enxofre puro ( ) são requeridas por dia? \n
b) Quantas toneladas de oxigênio ( ) são requeridas por dia? \n
c) Quantas toneladas de água ( ) são requeridas por dia para a reação (3)?\n
a) Quantas toneladas de enxofre puro (
b) Quantas toneladas de oxigênio (
c) Quantas toneladas de água (
Passo 2
Determinar a estequiometria global (combinar as reações dadas) — isto é essencial para saber quantas mols de cada reagente são necessários por mol de
produzido.\n
Vamos combinar as reações passo a passo: \n
Vamos combinar as reações passo a passo: \n
- A reação (1) produz
a partir de e : .\n - A reação (2) converte
em : . Para produzir 1 mol de precisamos de 1 mol de e mol de .\n - A reação (3) forma o ácido:
.\n
Juntando: para formar 1 mol deprecisamos de 1 mol de e 1 mol de . Para esse 1 mol de precisamos de 1 mol de e mol de . Para esse 1 mol de precisamos de 1 mol de e 1 mol de . \n
Somando osnecessários: .\n
Logo a estequiometria global por mol deé:\n
Isto significa: por 1 mol de
formado precisamos de 1 mol de
,
mol de
e 1 mol de
.
Passo 3
Calcular a massa de
pura produzida por dia a partir da solução comercial.\n
A planta produz da solução com
em massa de
. Então a massa de
pura por dia é:\n
A planta produz
Convertendo para gramas (útil para cálculos com massas molares):
, logo\n
Passo 4
Calcular o número de mols de
formados por dia.\n
Primeiro achamos a massa molar de . Usando massas atômicas (aproximações comuns):
,
,
. Assim\n
Primeiro achamos a massa molar de
O número de mols por dia é\n
Agora fazemos a divisão aproximada com passos para ficar claro: \n
-
, que fica muito próximo de . \n - A diferença é
, que corresponde a mais cerca de mol.\n
Portanto\n
Passo 5
Determinar os mols necessários de
,
e
por dia usando a estequiometria global.\n
Pela reação global, por 1 mol de precisamos de
mol de
,
mol de
e
mol de
. Assim:\n
Pela reação global, por 1 mol de
Passo 6
Converter os mols de cada reagente para massa (e então para toneladas por dia). Vou usar massas molares:
,
,
.\n
Calcular massas em gramas e depois converter para toneladas ( ).\n
Calcular massas em gramas e depois converter para toneladas (
- Enxofre:\n
Fazendo a multiplicação (passo a passo):
e
; somando dá
. Convertendo para toneladas:\n
- Oxigênio:\n
Como
. Convertendo:\n
- Água:\n
Calculemos:
e
; somando dá
. Convertendo:\n
Passo 7
Conclusão e verificação rápida de ordem de grandeza (três checagens):\n
- A soma das massas dos reagentes não precisa igualar exatamente à massa do produto porque há consumo de oxigênio gasoso e incorporação de água; mas as proporções molares estão consistentes com a estequiometria global.\n
- As respostas estão na mesma ordem de grandeza esperada: produzir quase
kt/d de ácido requer centenas de toneladas de enxofre e oxigênio e algumas centenas de toneladas de água.\n
Se quiser, posso apresentar os mesmos números com mais casas decimais ou com arredondamento diferente (por exemplo, sem casas decimais, ou com três algarismos significativos).
Resposta
a)
b)
c)
b)
c)