A ustulação do sulfeto de zinco (ZnS) consiste na sua oxidação ao ar, de acordo com a reação 1: ZnS(s)+3 / 202(g) ZnO(s)+SO2(g).
Considere que o oxigênio entra em excesso de 20 % em relação a quantidade que efetivamente reage.
Considere que todo o oxigênio fornecido na reação tem origem dp ar na proporção de 79 % mol e 21 % mol de N 2 e 02 , respectivamente. Considere, também, o rendimento da reação de 92 %.

Passo 1

Beleza, temos um processo de “tostação” (ou oxidação) do sulfeto de zinco, ZnS, segundo a reação:
ZnS(s) + tfrac32,O2(g) longrightarrow ZnO(s) + SO2(g)
O que nos pedem (implícito) é: pra cada mol de ZnS, quanto de ar precisamos fornecer, sabendo que:
  • usamos 20 % de O₂ em excesso;
  • o ar é 21 % mol de O₂ e 79 % mol de N₂;
  • a reação rende só 92 %.
Para resolver vamos usar conceitos de estequiometria (razão de mols na reação), excesso de reagente e rendimento de reação, e depois converter O₂ necessário em ar usando a composição molar do ar.

Passo 2

Primeiro, a estequiometria pura: para 1 mol de ZnS são consumidos 1,5 mol de O₂ (veja o coeficiente nO2,teórica = 1,5;mol na reação).
Então, stoichiometricamente:
ó

Passo 3

Agora colocamos 20 % de excesso. Quer dizer que oferecemos 20 % a mais de O₂ do que esses 1,5 mol:
nO2,excess = 1,5 times (1 + 0,20) = 1,5 times 1,20 = 1,8;mol

Passo 4

Mas a reação rende só 92 %, ou seja, parte do O₂ que a gente fornece não reage. Pra garantir que 1,8 mol reativos sejam consumidos, a gente precisa de mais O₂ na alimentação:
nO2,fornecido = nO2,excessrendimento = 1,80,92 approx 1,9565;mol

Passo 5

Sabendo que o ar é 21 % mol de O₂, a cada mol de ar só 0,21 mol é O₂. Logo o total de moles de ar que precisamos é:
nar = nO2,fornecido0,21 = 1,95650,21 approx 9,317;mol de ar
Se quiser separar N₂ e O₂ no ar:

Resposta

Para oxidar 1 mol de ZnS, com 20 % de O₂ em excesso e rendimento de 92 %, são necessários cerca de 9,32 mol de ar (o que dá uns 209 L de ar nas CNTP, usando 22,4 L/mol).

Exercícios relacionados