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
de pureza e excesso de
. 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
e que
de ácido nítrico formado ficarão retidos na torta. O nitrato de sódio empregado tem uma pureza de
mais
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
; Consumo de ácido sulfúrico:
; ácido nítrico produzido: 0,57 T; excesso: 0,43 T)
Passo 1
Beleza, aqui a gente tem uma reação industrial:
O que precisamos usar:
- Controle de purezas (NaNO₃ 85 % + 5 % H₂O + 10 % inertes; H₂SO₄ 92 % pura)
- Estequiometria (1 mol de NaNO₃ reage com 1 mol de H₂SO₄)
- Rendimento de reação (90 %)
- Retenção de 2 % do HNO₃ na torta
- 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)
– 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:
Estequiometricamente precisaríamos de 10 kmol de H₂SO₄, ou
Passo 4
Ajustando para rendimento de 90 % (ou seja, só 90 % do NaNO₃ chega a reagir), precisamos de mais ácido:
E como temos 34 % de excesso, multiplicamos por 1,34:
Mas o ácido comercial é só 92 % puro, então a massa de ácido concentrado que a gente alimenta é:
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
-
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 -
Consumo de ácido sulfúrico alimentado: ≃ 1,43 t (aprox. 1,586 t de concentrado a 92 %, dá 1,43 t de H₂SO₄ pura)
-
Ácido nítrico produzido (livre): ≃ 0,57 t
-
Excesso de ácido sulfúrico (não reagido, em massa de pura): ≃ 0,43 t