O superfosfato simples (SSP),
, é um tipo de fertilizante fosfatado que apresenta parte do fósforo solúvel disponível para as plantas e que pode ter ainda outros nutrientes constituintes ou micronutrientes agregados. O SSP é obtido pela reação do fosfato de cálcio,
, (massa molar
), componente da rocha fosfática, com o ácido sulfúrico,
, (
), conforme a equação não balanceada:
a) Apresente a fórmula do ânion fosfato. Escreva a equação da primeira etapa de ionização do ácido sulfúrico.
b) Balanceie a equação de formação do SSP. Calcule a massa de ácido sulfúrico, em kg, necessária para reagir completamente com 500 kg de rocha fosfática contendo
de fosfato de cálcio.
Dado: Ca (grupo 2 ou família IIA).
b) Balanceie a equação de formação do SSP. Calcule a massa de ácido sulfúrico, em kg, necessária para reagir completamente com 500 kg de rocha fosfática contendo
Passo 1
O que o enunciado pede:
- (a) Apresentar a fórmula do ânion fosfato e escrever a equação da primeira etapa de ionização do ácido sulfúrico.
- (b) Balancear a equação de formação do SSP e calcular a massa de
(em kg) necessária para reagir completamente com de rocha fosfática que contém de .
Informações fornecidas e relevantes:
- Fórmula não balanceada da reação:
- Massa molar de
: . - Massa molar de
: . - Massa de rocha:
. - Fração de
na rocha: . - Assumir reação completa e que a única espécie relevante da rocha é
na fração dada.
Passo 2
(a) Fórmula do ânion fosfato — explicação curta e clara:
- O ânion fosfato é um íon poliatômico formado por um átomo de fósforo ligado a quatro oxigênios, com carga total negativa de três unidades. Escreve-se
. - Isso significa que cada íon fosfato carrega carga
, e costuma aparecer em sais como , onde as cargas dos cátions e ânions se combinam para neutralidade.
(a) Primeira etapa de ionização do ácido sulfúrico — explicação:
- O ácido sulfúrico
é um ácido diprótico (pode doar dois prótons). A primeira ionização é fortíssima (quase completa em água) e corresponde à remoção de um próton para formar o íon hidrógênio sulfato .
A equação da primeira etapa de ionização é:
Passo 3
Balanceamento da equação de formação do SSP — estratégia:
- Para balancear, igualamos átomos de cada elemento em ambos os lados com coeficientes estequiométricos inteiros.
- Use um coeficiente 1 para o composto de fosfato e determine os demais a partir das contagens de átomos.
Balanceando explicitamente (contagem de átomos):
- Tome
mol de . Isso fornece átomos de Ca e grupos . - O produto
contém átomo de Ca e grupos , logo uma molécula desse produto usa exatamente os grupos do reagente. - Restam
átomos de Ca que devem aparecer como , então formam-se moles de . - Cada
exige 1 grupo , logo são necessárias unidades de (ou mol de no balanço global). - Verificando hidrogênio:
mol de fornecem H, que ficam em .
Portanto a equação balanceada é:
Passo 4
Preparar o cálculo estequiométrico (passo a passo e com explicação didática):
- Objetivo: saber quantos mols de
são necessários para reagir com a massa útil de presente na rocha. - Transformações e fórmulas úteis:
- Massa de
disponível:
- Converter para gramas (porque as massas molares estão em g/mol):
- Número de mols dados pela relação
, onde é o número de mols, a massa (g) e a massa molar (g/mol). - Use
.
- Massa de
Passo 5
Calcular o número de mols de
:
(Explicação: dividir massa pela massa molar dá quantos mols estão presentes. Aqui deu aproximadamente
.)
Passo 6
Usar a estequiometria da reação para obter mols de
necessários:
- Da equação balanceada,
mol de reage com mol de . - Logo:
Passo 7
Converter os mols de
em massa:
- Fórmula:
. - Com
,
- Converter para kg:
- Arredondando razoavelmente (três algarismos significativos), obtemos
(ou, arredondando para unidades inteiras, ).
Observação final curta: esse resultado assume reação completa e que todo o fósforo reage conforme a estequiometria escrita; em processos industriais reais pode haver perdas e impurezas que exigiriam correções.
Resposta
(a)
. Primeira ionização do ácido sulfúrico:
(b) Equação balanceada:
Massa de
necessária:
(aprox.
).