4- Em processos de redução direta de minérios de ferro ocorre a seguinte reação:
Deseja-se produzir uma tonelada de ferro através da reação acima. Calcular o volume de CO consumido no processo de a massa de
a ser utilizada.
Passo 1
O enunciado fornece a reação
e pede duas coisas para produzir uma tonelada de ferro:
- o volume de
consumido; - a massa de
a ser utilizada.
Dados e suposições que usarei (peguei a massa alvo do enunciado):
- massa de ferro desejada:
; - tomarei o monóxido de carbono como gás nas condições normais de temperatura e pressão (CNTP:
, ), para as quais ; - massas molares adotadas:
Resumo do plano (não vou executar ainda): calcular quantos mols de
correspondem a
; usar a estequiometria da reação para obter mols de
e de
; transformar mols de
em volume usando
.
Passo 2
Converter a massa de ferro para número de mols usando a relação básica da estequiometria:
onde
é o número de mols,
a massa (em g) e
a massa molar (em
).
Aplicando para o ferro:
Explicação didática curta: dividir a massa desejada pela massa de um mol (massa molar) dá quantos mols são necessários. Não esquecer de usar as mesmas unidades (g).
Passo 3
Usar a estequiometria da reação para relacionar mols de
,
e
.
Da reação vê-se que:
-
mol de são produzidos por mol de . Logo -
mol de são produzidos por mol de . Logo
Calculemos:
Didática: multiplicar pelo fator estequiométrico (razão entre coeficientes estequiométricos) converte mols de uma espécie em mols de outra.
Passo 4
Converter o número de mols de
em volume usando a hipótese CNTP:
onde
.
Então
Convertendo para metro cúbico:
Explicação: em CNTP cada mol ocupa
; multiplicando pelo número de mols obtém-se o volume em litros.
Passo 5
Calcular a massa de
a partir dos mols encontrados:
Didática: multiplicar os mols pela massa molar dá a massa necessária. Aqui deu cerca de
toneladas de minério (Fe2O3) para produzir 1 tonelada de ferro metálico — isso mostra que há consumo de oxigênio e perdas na conversão (nem toda massa do minério vira ferro puro).
Passo 6
Checagem rápida de ordens de grandeza (para nos dar confiança): a massa de minério ser maior que a massa do ferro faz sentido, porque Fe2O3 contém oxigênio que é removido; o volume de gás CO necessário é grande (ordens de
litros), condizente com a estequiometria e com a quantidade maciça de metal desejada.
Força aí — você já tem todos os passos que precisa lembrar na prova: converter massa → mols → usar coeficientes estequiométricos → aplicar constante molar do gás.