Estequiometria Exerc - 2014, Notas de aula de Engenharia Metalúrgica

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Professor: Cláudio Rocha Lopes Professor: Cláudio Rocha Lopes

Volta Redonda, RJ, 2012

Química Metalúrgica

Universidade Federal Fluminense Escola de Engenharia Industrial Metalúrgica de Volta Redonda

Estequiometria

Exemplo 1: O ácido clorídrico (HCl) comercial é normalmente obtido pelo aquecimento do cloreto de sódio (NaCl) com ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) concentrado. Quanto de ácido sulfúrico contendo 75% em peso de H 2 SO 4 é necessário para a produção de 1000 kg de HCl contendo 45 % em peso? Trabalhar com duas casas decimais. Equação da reação: 2 NaCl + H 2 SO 4  Na 2 SO 4 + 2 HCl; 1 mol H 2 SO 4 = 2x1,01 + 32,06 + 4x16,00 = 98,08g; 1mol de HCl = 1,01+ 35,45 = 36,46g; 98,09 g H 2 SO 4 produz 2x36,46 (72,92) g HCl; 1000 kg de HCl a 45% = 450 kg de HCl; Para produzir 450 kg de HCl é necessário 450x98,08/72,92 = 605,27 kg de H 2 SO 4 puro; para se obter a quantidade de solução a 75% de H 2 SO 4 = 605,27/0,75 = 807,03 kg de solução.

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Estequiometria

Pela regra de conservação das massas temos que o

número de moles de AgCl é igual a soma dos número

de moles do NaCl e do KCl, ou seja nNaCl + nKCl =

0,088649 moles;

Como n = massa/mol temos: mNaCl/58,44 +

mKCl/74,55 = 0,088649 moles (equação 1);

E a mistura de NaCl e KCl pesa 5,4892 g , ou seja

mNaCl + mKCl = 5,4892 g (equação 2);

Trabalhando algebricamente as duas equações de

massa temos:

mNaCl = 4,0609 g  % NaCl na mistura =

4,0609/5,4892 = 73,98 % NaCl;

mKCl = 1,4283 g  26,02 % KCl.

Estequiometria

Exemplo 3: Um gás natural tem a seguinte composição

percentual (volume) CH

4

= 85%; C

2

H

2

= 3%; C

6

H

6

3%; H

2

= 5% e N

2

= 4%, e é queimado com 20% de

excesso de ar. O ar de combustão contém 1,5% de

vapor d’agua. Considerando as combustões completas,

pede-se:

1. O volume e o peso do ar seco para combustão de

1m

3

de gás;

2. O volume de ar úmido usado;

3. O volume dos produtos de combustão.

Base de cálculo = 1 m

3

de gás natural

Estequiometria

Volume de ar usado (20% de excesso) = 1,2 x 9,72 = 11,

m

3

de ar seco com excesso (9,21 m

3

de N

2

e 2,45 m

3

de O

2

= (3,50 kg de O

2

e 11,51 kg de N

2

Oxigênio não usado na combustão = 2,45 – 2,04 = 0,41 m

3

de O 2 = 0,59 kg de O 2 ;

Volume de ar úmido (1,5% de umidade) = 11,66/0,985 =

11,84 m

3

de ar úmido com excesso;

Volume de H

2

O

vapor

= 11,84 – 11,66 = 0,18 m

3

Volume dos produtos da combustão:

CO 2 = 1,09 m

3

; H 2 Ovapor = 1,90 + 0,18 = 2,08 m

3

N 2 = 9,21 + 0,04 = 9,25 m

3

; O 2 = 0,41 m

3

Total = 12,83 m

3

Estequiometria

Exemplo 4: A soda cáustica (NaOH) pode ser obtida da reação do

carbonato de sódio (Na

2

CO

3

) com o hidróxido de cálcio (Ca(OH)

2

Qual a quantidade de NaOH possível de se obter ao misturarmos duas

soluções aquosas com 0,5 litros de uma solução 5M de Na 2 CO 3 e 0,

litros de uma solução 3M de Ca(OH) 2.

Equação balanceada : Na

2

CO

3

+ Ca(OH)

2

 2NaOH + CaCO

3

1 mol de Na

2

CO

3

= 2x22,99+12,01+3x16,00 = 105,99 g;

1 mol de Ca(OH) 2 = 40,08+2x(16,00+1,01) = 74,10 g;

1 mol de NaOH = 22,99+16,00+1,01 = 40,00 g;

1 mol de CaCO 3 = 40,08+12,01+3x16,00 = 100,09 g;

solução 5M = 0,5 l  2,5 moles de Na

2

CO

3

= 2,5x105,99 = 264,98 g

solução 3M = 0,7 l  2,1 moles de Ca(OH)

2

= 2,1x74,10 = 155,61 g

Estequiometria

Exemplo 5: O chumbo é reduzido da galena (PbS), num forno de soleira, pelas reações simultâneas do PbS com PbO e com PbSO 4 ; em ambos os casos formam-se Pb e SO 2. O peso de chumbo obtido na primeira reação é o triplo do obtido na segunda e o peso total de PbS reduzido nas duas reações é de 6000 kg. Pede-se: a) O peso total de chumbo obtido e o peso e o volume do SO 2 produzido? b) As percentagens originais de PbO e PbSO 4 contidos na carga do forno? Dados: Peso atômico/moleculares: Pb = 207, S = 32, O = 16, SO 2 = 64, PbS = 239, PbO = 223 e PbSO 4 = 303. Reação 1 PbS + 2PbO  3Pb + SO 2 ; Reação 2 PbS + PbSO 4  2Pb + 2SO 2 ; (2000 kg de PbS); Como a quantidade de chumbo obtida da reação 1 é o triplo da reação 2, a reação 1 fica: Reação 1 2PbS + 4PbO  6Pb + 2SO 2 ; (4000 kg de PbS);

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Peso total de chumbo obtido: Reação 1 PPb = 4000x6x207/2x239 = 10392 kg; Reação 2 PPb = 2000x2x207/239 = 3464 kg; Total de Pb = 13856 kg; Volume de SO 2 produzido: Reação 1 4000x2x64/239 = 1071,13 kg = 374,90 m 3 ; Reação 2 2000x2x22,4/239 = 374 m 3 = 1071,13 kg; Total de SO 2 = 749,8 m 3 = 2142 kg; Composição da carga: Peso de PbO = 4000x4x223/2x239 = 7464,44 kg Peso de PbSO 4 = 2000x303/239 = 2535,56 kg Peso total da carga = 7464,44 + 2535,56 + 6000 = 16000 kg ; 37,5 % de PbS, 46,65 % de PbO e 15,85 % de PbSO 4

ESTEQUIOMETRIA - BALANÇO DE MASSA

Problemas

O carvão é um combustível sólido muito utilizado para gerar

outro combustível gasoso, chamado gás de água (mistura de

CO e H 2 ), que é obtido pela reação do vapor de água com o

carbono, a temperaturas elevadas. Sendo a análise do

carvão: (C = 82%; H 2 = 5%; O 2 = 4%; N 2 = 1%; H 2 O = 2% e

cinza = 6%). Pede-se:

1- O volume de vapor de água utilizado na reação;

2- Os produtos da reação e seus volumes;

Base de cálculo: 1 tonelada de carvão.

ESTEQUIOMETRIA - BALANÇO DE MASSA

Problemas

Um típico gás de coqueria apresenta a seguinte composição

volumétrica em percentual (%): H 2 = 42,0; CO = 6,0; CO 2 = 3,0;

CH

4

= 36,5; C

2

H

4

= 2,8; N

2

= 9,2 e O

2

= 0,5. Este gás é usado

em um forno de pré-aquecimento de placas, sendo queimado

completamente com 20 % de excesso de ar que apresenta uma

umidade de 20 g de H 2 Ovapor por m

3

. Pede-se:

1- O volume de ar úmido utilizado na combustão;

2- Os produtos da combustão e seus volumes;;

ESTEQUIOMETRIA - BALANÇO DE MASSA

Problemas Resolvidos Uma amostra de PCl 5 pesando 2,69 g foi colocada num frasco de 1,00 litro e completamente vaporizada a uma temperatura de 250 oC. A pressão total observada nessa temperatura foi de 1,00 atm. Existe a possibilidade da dissociação do PCl 5 de acordo com a equação: PCl 5 (g)  PCl 3 (g) + Cl 2 (g). Quais devem ser as pressões parciais finais de PCl 5 , PCl 3 e Cl 2 nessa condição dada. 1 mol de PCl 5 = 30,97 + 5x35,45 = 208,22; Verificação se ocorreu dissociação: Calcular a pressão de PCl 5 caso não ocorresse dissociação: número de moles de PCl 5  n PCl 5 = 2,69/208,22 = 0,0129 moles; Pressão inicial: P = nRT/V = 0,0129x0,0821x523/1  PPCl5 = 0,554 atm; Como a pressão final (1 atm) é maior que a pressão de PCl 5 sem dissociação (0,554 atm), ocorreu dissociação, utilizando a lei das pressões parciais temos: Ptotal = PPCl5 + PPCl3 + PCl2 = 1 atm; Pela equação de dissociação sabe-se que PPCl3 = PCl2 e que para cada PCl 3 formado foi consumido 1 PCl 5 , portanto a PPCl5 deve diminuir de seu valor máximo segundo a expressão: PPCl5 = 0,554 – PPCl3;

ESTEQUIOMETRIA - BALANÇO DE MASSA

Problemas 1 - Em um reator de soleiras múltiplas, o sulfeto de chumbo (PbS) e o óxido de chumbo (PbO) são aquecidos juntos, propiciando a obtenção do chumbo metálico (Pb) e dióxido de enxofre (SO 2 ). Qual a quantidade de PbO e PbS necessários para produzir 1 tonelada de chumbo?

ESTEQUIOMETRIA - BALANÇO DE MASSA

Problemas

3 - O carvão é um combustível sólido muito utilizado

para gerar outro combustível gasoso, cchamado gás de

água (mistura de CO e H

2

), que é obtido pela reação do

vapor de água com o carbono, a temperaturas elevadas.

Sendo a análise do carvão: (C = 82%; H 2 = 5%; O 2 =

4%; N 2 = 1%; H 2 O = 2% e cinza = 6%). Pede-se:

Base de cálculo: 1 tonelada de carvão.

1- O volume de vapor de água utilizado na

reação;

2- Os produtos da reação e seus volumes;

3- A quantidade de calor gerado ou consumido

pela reação.

ESTEQUIOMETRIA - BALANÇO DE MASSA

Problemas 4 - Um típico gás de coqueria apresenta a seguinte composição volumétrica em percentual (%): H 2 = 42,0; CO = 6,0; CO 2 = 3,0; CH 4 = 36,5; C 2 H 4 = 2,8; N 2 = 9, e O 2 = 0,5. Este gás é usado em um forno de pré- aquecimento de placas, sendo queimado completamente com 20 % de excesso de ar que apresenta uma umidade de 20 g de H 2 Ovapor por m 3

. Pede-se: 1- O volume de ar úmido utilizado na combustão; 2- Os produtos da combustão e seus volumes;;