A reação de produção de nitrato de amônio é dada por:
Um fabricante deseja produzir 500 kg de nitrato de amônio
puro. O processo tem rendimento de
. A matéria-prima disponível é: solução de amônia com
de NH3 e ácido nítrico comercial com 70% (m/m) de HNO3 .Usando massas molares aproximadas:
;
e
, determine:
a) a massa (kg) de
pura e de
pura necessárias estequiometricamente para formar 500 kg de
(assumindo
de rendimento);
b) as massas (kg) de
e
que devem ser fornecidas considerando o rendimento de
;
c) as massas (kg) das soluções comerciais necessárias (amônia 28% e
)
a) a massa (kg) de
b) as massas (kg) de
c) as massas (kg) das soluções comerciais necessárias (amônia 28% e
Passo 1
O enunciado e os dados que temos (listei exatamente o que foi dado):
- Reação química:
. - Produto desejado:
de puro. - Rendimento do processo:
. - Matérias‑primas comerciais disponíveis:
- solução de amônia com
(m/m) de ; - ácido nítrico comercial com
(m/m) de .
- solução de amônia com
- Massas molares aproximadas (fornecidas):
-
, -
, -
.
-
O enunciado pede:
(a) massas de pura e de
pura necessárias estequiometricamente para formar
de produto, assumindo rendimento
;
(b) massas de e
que devem ser fornecidas considerando rendimento de
;
(c) massas das soluções comerciais necessárias (amônia e
).
(a) massas de
(b) massas de
(c) massas das soluções comerciais necessárias (amônia
Passo 2
Conceitos e fórmulas que vamos usar (explicado devagarinho):
- Mol e massa molar: a massa molar
(em ) diz quantos gramas há em mol de uma substância. Para converter massa em número de mols:
onde
é o número de mols,
é a massa (em gramas) e
é a massa molar (em
).
- Estequiometria da reação: a equação mostra razão molar
. Isso significa que para cada mol de formado são consumidos mol de e mol de . - Rendimento: se o rendimento é
(em fração), para obter uma massa líquida desejada de produto puro, a massa teórica de produto que deveria ser formada (se todo reagente reagisse) é
É equivalente escalar as quantidades estequiométricas por
.
Observação prática: trabalho com gramas facilita as contas com massas molares dadas em
. Depois converto para kg.
Passo 3
Parte (a) — calcular quantos mols de produto correspondem a
de
(assumindo
rendimento).
- Converter
para gramas: . - Usar
. Então
Passo 4
Ainda parte (a) — a partir da estequiometria
, os mols necessários de
e de
são iguais a
:
Calcular as massas correspondentes (em gramas) e converter para kg:
- Massa de
pura:
- Massa de
pura:
Passo 5
Resumo parcial (resposta da parte a): para
de rendimento, são necessários:
-
pura: ; -
pura: .
Passo 6
Parte (b) — como ajustar para rendimento de
.
- Quando o rendimento é
, para obter de produto efetivo é preciso ter matéria suficiente para formar teoricamente
(ou seja, precisamos das quantidades estequiométricas para formar
de produto, porque só
disso vira produto real
.)
Passo 7
Converter
para gramas e obter os mols correspondentes:
Passo 8
A partir da estequiometria, os mols de reagentes necessários são
cada um. Calcular as massas (em gramas e converter para kg):
-
pura:
-
pura:
Observação prática: é equivalente multiplicar as massas estequiométricas do item (a) por
:
Passo 9
Resumo (resposta da parte b): as massas de reagentes puros que devem ser fornecidas considerando rendimento
são:
-
pura: (aprox. ); -
pura: (aprox. ).
Passo 10
Parte (c) — calcular as massas das soluções comerciais necessárias.
- Regra: se uma solução tem
(m/m) do soluto, a massa da solução necessária para obter de soluto puro é
- Para a solução de amônia
: fração mássica . - Para o ácido nítrico
: fração mássica .
Passo 11
Calcular massas das soluções usando as massas de reagentes ajustadas pelo rendimento (valores da parte b):
- Solução de amônia
:
- Solução de
:
Passo 12
Resumo final das massas das soluções (parte c):
- Solução de amônia
: (aprox.); - Solução de
: (aprox.).
Resposta
(a)
pura:
(a) pura:
(a)
(b)
pura (considerando
rendimento):
(aprox.
)
(b) pura (considerando
rendimento):
(aprox.
)
(b)
(c) solução de amônia
:
(aprox.
)
(c) solução de :
(aprox.
)
(c) solução de