O processo Claus para a extração de enxofre do petróleo é realizado em duas etapas, conforme representado pelas equações químicas (não balanceadas) abaixo.
Etapa 1:
Etapa 2:
a) Com os dados apresentados no quadro abaixo, calcule a variação de entalpia (
) para cada uma das reações representadas.
Etapa 1:
Etapa 2:
a) Com os dados apresentados no quadro abaixo, calcule a variação de entalpia (
Composto |
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b) Escreva a equação do processo global e determine a variação de entalpia do processo quando são gerados
de enxofre.
c) Indique se o reator no qual ocorre a reação descrita no item anterior deve ser aquecido ou resfriado para manter a temperatura do processo constante.
c) Indique se o reator no qual ocorre a reação descrita no item anterior deve ser aquecido ou resfriado para manter a temperatura do processo constante.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício sobre o Processo Claus, que é usado pra extrair enxofre do petróleo. A gente vai precisar entender de termodinâmica, especificamente de entalpia de reação. Para isso, vamos usar as entalpias de formação dos compostos que estão na tabela que foi fornecida. Vamos resolver as partes (a), (b) e © do exercício passo a passo.
Passo 2
Primeiro, vamos dar uma olhada nas reações que acontecem no Processo Claus:
Etapa 1:
Etapa 2:
Vamos calcular a variação de entalpia (
) para cada uma dessas reações usando a fórmula:
Passo 3
Cálculo para a Etapa 1:
Primeiro, precisamos garantir que a equação esteja balanceada. Vamos contar os átomos de cada elemento:
- H₂S + O₂ → SO₂ + H₂O
Contagem de átomos:
- H: 2 no reagente e 2 no produto
- S: 1 no reagente e 1 no produto
- O: 2 no reagente e 3 no produto
Para balancear o oxigênio, ajustamos os coeficientes:
Agora, aplicamos a fórmula da entalpia:
Sabendo que
(porque é elemento na forma padrão):
Passo 4
Cálculo para a Etapa 2:
Vamos verificar se essa equação está balanceada:
- H₂S + SO₂ → S + H₂O
Contagem de átomos:
- H: 2 no reagente e 2 no produto
- S: 2 no reagente e 1 no produto
- O: 2 no reagente e 1 no produto
Para balancear o enxofre e o oxigênio, ajustamos os coeficientes:
Agora, aplicamos a fórmula da entalpia:
Sabendo que
(porque é elemento na forma padrão):
Passo 5
Resumo da Parte (a):
-
para a Etapa 1 -
para a Etapa 2
Passo 6
Parte (b): Equação do Processo Global e Variação de Enthalpia
Para obter a equação global, somamos as duas etapas:
Agora, vamos calcular a variação de entalpia para o processo global:
Agora, queremos saber a variação de entalpia para a produção de
de enxofre (
).
Primeiro, vamos converter a massa de enxofre para mols. Massa molar do enxofre (
) é aproximadamente
.
Na equação global, para cada
de
produzidos, a variação de entalpia é
.
Então, para
de
:
Passo 7
Parte ©: Necessidade de Aquecer ou Resfriar o Reator
A variação de entalpia para o processo global é negativa (
), o que indica que a reação é exotérmica (libera calor).
Para manter a temperatura constante no reator durante uma reação exotérmica, é necessário resfriar o sistema. Assim, o reator deve ser resfriado para dissipar o calor gerado e manter a temperatura estável.
Resposta
[Conforme acima.]