Uma indústria química produz sulfato ferroso utilizando, como matéria prima, limalha de ferro (contendo 80 % de Fe ) e ácido sulfúrico comercial (com 70 % de concentração em massa), segundo a equação:
Fe+H2 SO4 FeSO4+H2
Para a produção de 133 kg de sulfato ferroso, o processo utiliza 76 kg de limalha e 140 kg do ácido comercial.
Pedem-se:
a) identificar os reagentes limitante e em excesso;
b) a % em excesso do reagente em excesso;
c) o grau de conversão dos reagentes;
e) o rendimento do sulfato ferroso em relação à limalha e em relação ao ácido comercial.

Passo 1

O enunciado trata de uma reação de sulfato ferroso a partir de limalha de ferro ( 80 % de Fe em massa) e ácido sulfúrico comercial ( 70 % de H2S O4 em massa):
Fe + H2SO4 to FeSO4 + H2
Fornecem-se 76 kg de limalha e 140 kg de ácido comercial, e obtêm-se 133 kg de FeS O4. Vamos identificar reagente limitante e em excesso, calcular o percentual de excesso, grau de conversão e rendimento em relação a cada reagente.

Passo 2

Calcular as massas de Fe e de H2SO4 puros e suas quantidades de matéria:
massa de Fe = 76,kgtimes0,80 = 60,8,kg
massa de H2SO4 = 140,kgtimes0,70 = 98,kg
Moles de cada um ( MFe=55,85,g/mol, MH2SO4=98,08,g/mol):
n(Fe) = 60,800,g55,85,g/mol approx 1,088,5,mol
n(H2SO4) = 98,000,g98,08,g/mol approx 999,2,mol

Passo 3

Como a estequiometria é 1!:!1, o reagente com menos moles é limitante.
n(H2SO4)<n(Fe)LongrightarrowH2SO4 limitante, Fe em excesso

Passo 4

Percentual de excesso do Fe: primeiro, a quantidade estequiom’etrica de Fe para reagir com todo o acuteacido 'e igual a n(H2SO4)=999,2,mol.
excesso = n(Fe) - nesteq = 1,088,5 - 999,2 = 89,3,mol
% de excesso = 89,3999,2times100%approx8,94%

Passo 5

Teoricamente, se todo o reagente limitante reagisse, formar-se-iam
nteo(FeSO4)=999,2,mol, M(FeSO4)=55,85+32,07+4times16=151,92 g/mol
mteo(FeSO4)=999,2cdot151,92 gapprox151,920 g=151,92,kg

Passo 6

Na prática, obtiveram-se 133 kg de FeS O4, isto é
nreal(FeSO4)=133,000,g151,92,g/molapprox875,4,mol
Grau de conversão de cada reagente:
conv(H2SO4)=875,4999,2approx87,6%, conv(Fe)=875,41,088,5approx80,4%

Passo 7

Rendimento do FeS O4 em relação a cada reagente é a razão entre massa obtida e massa teórica a partir de cada um:
rendimento Fe = 1331,088,5times151,92/1,000times100% = 133165,37times100%approx80,4%,
rendimento H2SO4 = 133151,92times100%approx87,6%

Resposta

a) Reagente limitante: H2SO4. Reagente em excesso: Fe.
b) Percentual de excesso do Fe: 8,94%.
c) Grau de conversão: H2SO4approx87,6%, Fe approx80,4%.
d) Rendimento em relação à limalha de ferro: 80,4%; em relação ao ácido comercial: 87,6%.

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