Questão 5. (Ufc CE/2008/2 ^a Fase - Questão adaptada) O ácido fosfórico, H3 PO4, pode ser produzido a partir da reação entre a fluoroapatita, Ca5(PO4)3 F, e o ácido sulfúrico, H2 SO4, de acordo com a seguinte equação química.
Ca5(PO4)3 F(s)+H2 SO4(l) H3 PO4(l)+CaSO4(s)+HF(g)
Considere a reação completa entre 98,12 g de fluoroapatita e 50,45 g de ácido sulfúrico e responda o que se pede:
(a) Qual é o reagente limitante?
(b) Qual a massa, em gramas, que sobrou (sem reagir) do reagente em excesso?
(c) Qual seria a resposta da letra b se a pureza do reagente limitante fosse de 65 % ?
(d) Qual seria a massa de sulfato de cálcio obtida desta reação considerando rendimento de 82 % ?

Passo 1

O enunciado é um problema de estequiometria envolvendo reação de fluoroapatita, Ca5(PO4)3F, com ácido sulfúrico, H2SO4. Precisamos:
– balancear a reação;
– calcular moles de cada reagente e identificar o limitante (letra a);
– achar a massa que sobra do reagente em excesso (letra b);
– refazer o cálculo de sobra se o ácido tiver pureza de 65 % (letra c);
– calcular a massa de CaSO4 obtida com rendimento de 82 % (letra d).

Passo 2

Balanceando
Ca5(PO4)3F ;+;5,H2SO4 ;longrightarrow; 3,H3PO4;+;5,CaSO4;+;HF
Massa molar (aprox.):
MCa5(PO4)3F=504,31;g/mol, MH2SO4=98,08;g/mol, MCaSO4=136,14;g/mol

Passo 3

Calcula-se moles iniciais:
n(Ca5(PO4)3F)=98,12504,31=0,1946;mol, n(H2SO4)=50,4598,08=0,5146;mol
Pela estequiometria, cada mol de Ca5(PO4)3F requer 5 mol de H2SO4, isto é, 0,1946 mol de fluoroapatita precisaria de 0,9731 mol de ácido, mas só temos 0,5146 mol. Logo, o ácido sulfúrico é o reagente limitante.

Passo 4

O reagente em excesso é a fluoroapatita. A quantidade reagida é
nreagida(Ca5(PO4)3F) =n(H2SO4)5 =0,51465=0,1029;mol
Portanto sobra
nsobra=0,1946-0,1029=0,0917;mol,
msobra=0,0917times504,31=46,27;g

Passo 5

Se o ácido sulfúrico tem pureza de 65 %, só há
mpura=50,45times0,65=32,7925;g, npura=32,792598,08=0,3344;mol
Então reage
n(Ca5(PO4)3F) =0,33445=0,06688;mol,
sobra
0,1946-0,06688=0,1277;mol Longrightarrow m=0,1277times504,31=64,44;g

Passo 6

Na produção de CaSO4 a razão é 1:1 mol entre H2SO4 consumido e CaSO4 formado. Com reagentes puros, teoricamente se formam
nCaSO4=n(H2SO4)=0,5146;mol, mCaSO4^teo =0,5146times136,14=70,06;g
Com rendimento de 82 %:
mCaSO4^real=70,06times0,82=57,45;g

Resposta

(a) O reagente limitante é o ácido sulfúrico, H2SO4.
(b) Sobra 46,27;g de fluoroapatita.
(c) Com pureza de 65 %, sobra 64,44;g.
(d) A massa de CaSO4 obtida a 82 % de rendimento é 57,45;g.

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