QUESTÃO. O ácido fosfórico (
), amplamente utilizado na formulação de fertilizantes NPK, pode ser obtido pela reação entre o fosfato tricálcico
, extraído de rochas fosfáticas, e ácido sulfúrico (
) concentrado, em meio aquoso. Essa reação também produz sulfato de cálcio dihidratado (gesso) como subproduto, de acordo com a equação a seguir:
a) Balanceie a equação química para a reação entre o fosfato tricálcico, o ácido sulfúrico e a água.
b) Um lote de
de
com pureza de
foi tratado com excesso de
. Sabendo que foram obtidos
de
ao final do processo, calcule o rendimento percentual da reação. Dados: M.A.(H):
; M.A.(Ca):
; M.A.§:
; M.A.(O): 15,99 u; M.A.(S): 32,06 u.
b) Um lote de
Passo 1
O enunciado dá a reação (não balanceada)
e pede duas coisas:
- (a) Balancear a equação química.
- (b) Calcular o rendimento percentual sabendo que foi usado
de com pureza , que o está em excesso e que foram obtidos de .
Dados fornecidos (vou listá‑los para usarmos depois):
Passo 2
Vamos balancear a reação passo a passo usando conservação de átomos. Colocamos coeficientes estequiométricos desconhecidos (inteiros) na frente de cada espécie:
Agora escrevemos as equações de conservação elemento por elemento.
Passo 3
Conservação de cálcio (Ca): na esquerda há
átomos de Ca; à direita cada unidade de gesso
tem 1 Ca, então
Conservação de fósforo §: na esquerda há
átomos de P (porque
tem 2 P); à direita cada
tem 1 P, logo
Conservação de enxofre (S): à esquerda há
átomos de S (cada
tem 1 S); à direita cada gesso tem 1 S, então
Conservação de hidrogênio (H): à esquerda total de H é
(dois H em cada
e dois em cada
). À direita há
H em
e
H no gesso (porque
tem
H). Assim
Passo 4
Substituímos as relações encontradas
na equação de H:
Calculamos cada lado:
Isolando
:
Passo 5
Tomando o menor inteiro positivo para
, ou seja
, obtemos os coeficientes:
Portanto a equação balanceada é
Passo 6
Agora resolvemos a parte (b) — rendimento. Primeiro precisamos saber quantos mols de
puros estão presentes no lote. A massa de
puro é a massa inicial multiplicada pela pureza:
Explicação rápida: pureza
significa que de cada
do material,
são o composto desejado; multiplicamos para obter a massa efetiva do reagente puro.
Passo 7
Calculamos a massa molar (
) do
. A fórmula contém
átomos de Ca,
de P e
de O. Usando as massas atômicas dadas:
Explicação: somamos as massas de cada átomo presente na fórmula para obter a massa de uma mol dessa substância.
Passo 8
Agora calculamos o número de mols de
disponível:
Comentário: estou apresentando o valor arredondado a quatro algarismos significativos; se fizer a conta manualmente pode usar
como aproximação prática.
Passo 9
Usamos a estequiometria da reação balanceada:
mol de
produz
mols de
. Logo o número de mols teóricos de
é
Explicação: estequiometria significa multiplicar o número de mols do reagente pelo coeficiente molar proporcional.
Passo 10
Calculamos a massa molar do ácido fosfórico
:
Explicação: soma das massas dos átomos na molécula.
Passo 11
Agora a massa teórica de
(o máximo que se poderia obter, assumindo 100% de conversão) é
Observação: o produto foi arredondado; se usar números arredondados ligeiramente diferentes obterá um valor próximo (cerca de
).
Passo 12
O rendimento percentual é a razão entre a massa experimental obtida e a massa teórica, multiplicada por
:
Substituindo
e
,
Interpretação: isso significa que foram obtidos cerca de
do ácido fosfórico que seria esperado se a reação tivesse ido até
.