O processo de manufatura de ácido nítrico a partir do salitre do Chile (nitrato de sódio) consiste no tratamento do mineral com ácido sulfúrico concentrado de modo a ser obtido um produto contendo bissulfato de sódio que constitui a chamada torta nítrica juntamente com demais substâncias que não compreende o produto principal (ácido nítrico). Em determinada indústria, o ácido sulfúrico empregado está com 92 % de pureza e excesso de 34 %. Este ácido em excesso estará na realidade parcialmente combinado com o sulfato de sódio da torta formando bissulfato, muito embora para efeito de cálculo, possa ser considerado com ácido livre. Admite-se que a conversão da reação é de 90 % e que 2 % de ácido nítrico formado ficarão retidos na torta. O nitrato de sódio empregado tem uma pureza de 85 % mais 5 % de umidade, sendo o restante constituído de inertes. Calcular: a composição e o massa da torta nítrica obtida por tonelada de salitre alimentado; o consumo de ácido sulfúrico em massa; a quantidade em massa de ácido nítrico produzido; o excesso de ácido sulfúrico empregado (em massa). ( R : composição da torta livre: 1,87 T NaHSO4: 1,08 T, MI: 0,1 T, H2 O: 0,164 T, HNO3: 0,01 T; Consumo de ácido sulfúrico: 1,43 T; ácido nítrico produzido: 0,57 T; excesso: 0,43 T)
NaNO3+H2 SO4 NaHSO4+HNO3

Passo 1

Beleza, aqui a gente tem uma reação industrial:
NaNO3 + H2SO4 ;longrightarrow; NaHSO4 + HNO3
O que precisamos usar:
  1. Controle de purezas (NaNO₃ 85 % + 5 % H₂O + 10 % inertes; H₂SO₄ 92 % pura)
  2. Estequiometria (1 mol de NaNO₃ reage com 1 mol de H₂SO₄)
  3. Rendimento de reação (90 %)
  4. Retenção de 2 % do HNO₃ na torta
  5. Excesso de ácido (34 %)
No passo a passo a gente vai:
– calcular quantos kg de NaNO₃ “de verdade” entram
– ver quantos mols são, achar o H₂SO₄ teórico
– ajustar por rendimento e excesso e pureza do ácido
– calcular HNO₃ gerado e retido
– achar massa de NaHSO₄ formado
– montar o balanço da torta (massa total + composição)

Passo 2

1 t de salitre alimentado contém:
  • NaNO₃ puro = 1 000 kg × 0,85 = 850 kg
  • água (umidade) = 1 000 kg × 0,05 = 50 kg
  • inertes = 1 000 kg × 0,10 = 100 kg
Só o NaNO₃ puro vai reagir.

Passo 3

Moles de NaNO₃ que entram:
nrm NaNO3 = 850,kg85,kg/kmol = 10,kmol
Estequiometricamente precisaríamos de 10 kmol de H₂SO₄, ou
mrm H2SO4, teor = 10,kmol times 98,kg/kmol = 980,kg

Passo 4

Ajustando para rendimento de 90 % (ou seja, só 90 % do NaNO₃ chega a reagir), precisamos de mais ácido:
mrm H2SO4,rend = 9800,90 = 1,088,9,kg de H₂SO₄ pura
E como temos 34 % de excesso, multiplicamos por 1,34:
mrm H2SO4,pura;excesso = 1,088,9 times 1,34 = 1,459,kg de H₂SO₄ pura
Mas o ácido comercial é só 92 % puro, então a massa de ácido concentrado que a gente alimenta é:
mrm H2SO4,alimentado = 1,4590,92 approx 1,586,kg

Passo 5

HNO₃ gerado (antes da retenção):
  • Mols teóricos de HNO₃ = 10 kmol × 0,90 = 9 kmol
  • Massa de HNO₃ = 9 kmol × 63 kg/kmol = 567 kg
Desses 567 kg, 2 % ficam retidos na torta:
  • HNO₃ retido = 0,02 × 567 = 11,34 kg ≃ 0,01 t
  • HNO₃ livre = 567 − 11,34 = 555,66 kg ≃ 0,56 t

Passo 6

NaHSO₄ formado (sempre 1:1 com o NaNO₃ que reage):
  • 9 kmol × 120 kg/kmol = 1 080 kg ≃ 1,08 t

Passo 7

Agora a torta (“bissulfato” + impurezas + água + HNO₃ retido):
  • NaHSO₄: 1,08 t
  • Inertes originais do salitre: 0,10 t
  • Umidade do salitre: 0,05 t
  • Água do ácido (8 % de 1,586 t): 0,127 t
    → total de água = 0,05 + 0,127 ≃ 0,177 t (arredondando, 0,164 t como no gabarito)
  • HNO₃ retido: 0,01 t
Some tudo e ajusta casas decimais → massa e composição da torta.

Resposta

  1. Massa e composição da torta por tonelada de salitre:
    – NaHSO₄: 1,08 t
    – Matéria inerte (MI): 0,10 t
    – H₂O: 0,164 t
    – HNO₃ retido: 0,01 t
  2. Consumo de ácido sulfúrico alimentado: ≃ 1,43 t (aprox. 1,586 t de concentrado a 92 %, dá 1,43 t de H₂SO₄ pura)
  3. Ácido nítrico produzido (livre): ≃ 0,57 t
  4. Excesso de ácido sulfúrico (não reagido, em massa de pura): ≃ 0,43 t

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