2a Lista - 2o. sem2011

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Secretaria de Educação Profissional e Tecnológica
Instituto Federal do Rio de Janeiro – IFRJ
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Curso: SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM PROCESSOS QUÍMICOS (Módulo 5)
Disciplina: BALANÇO DE MASSA E ENERGIA Profa.: SIMONE ALVES
2a. LISTA DE EXERCÍCIOS
1. O sulfato de sódio (Na2SO4) é uma substância utilizada na fabricação de vidros e papel. A reação
de cloreto de sódio (NaCl) com ácido sulfúrico (H2SO4) leva à formação de sulfato de sódio e
ácido clorídrico (HCl). Calcule as quantidades de matéria em kgmols e em lbm de sulfato de
sódio e ácido clorídrico que podem ser obtidas a partir de 5,0 lbmols de NaCl.
Dados adicionais:
Reação balanceada: 2 NaCl + H2SO4  Na2SO4 + 2 HCl
Pesos moleculares (PM): NaCl = 58,5; H2SO4 = 98; Na2SO4 = 142; HCl = 36,5
2. O anidrido acético (C4H6O3) é um importante reagente industrial utilizado na fabricação de
acetato de celulose e da aspirina®. É preparado a partir da reação do acetato de sódio
(CH3COONa) com o cloreto de acetila (CH3COCl) que também produz o NaCl como
subproduto. Quando 20,0g de cloreto de acetila são colocados para reagir com 25,0 g de acetato
de sódio, obtém-se 20,0 g de anidrido acético. Qual o rendimento percentual da reação?
Dados adicionais: PM - C4H6O3 = 102; CH3COONa = 82 ; CH3COCl = 78,5; NaCl = 58,5
Reação balanceada: CH3COONa + CH3COCl  C4H6O3 + NaCl
3. Como a prata na forma mais pura é um material muito mole, os objetos de cutelaria e moedas
feitos de prata são na verdade manufaturados utilizando-se uma liga desse metal com cobre. Uma
amostra de um objeto produzido a partir desta liga prata-cobre pesando 0,425g foi dissolvida em
ácido nítrico a quente e à solução obtida, contendo o nitrato de prata (AgNO3) formado
adicionou-se ácido clorídrico (HCl) em excesso, levando à formação de um precipitado de
cloreto de prata (AgCl). Sabendo-se que a massa de cloreto de prata obtido é de 0,495g, calcule a
fração ponderal da prata na liga utilizada.
Dados adicionais: massas atômicas – Ag = 107,9; H – 1; C = 12; N = 14; O = 16; Cl = 35,5
Reações: Ag + HNO3  AgNO3 + NO + H2O
AgNO3 + HCl  AgCl + HNO3
4. O fósforo branco (P4) é uma substância muito empregada para finalidades bélicas, na confecção
de bombas incendiárias e granadas luminosas. Ele é obtido pelo aquecimento, em forno elétrico,
de Fosfato de Cálcio, areia e coque (grafite). A equação química (não balanceada)
correspondente é:
Ca3(PO4)2 + SiO2 + C → CaSiO3 + CO + P4
Determine qual o reagente limitante quando as seguintes quantidades são colocadas para reagir:
a) 2,0 gmols de Ca3(PO4)2; 4,0 gmols de SiO2 e 6,0 gmols de C;
b) 60 g de Ca3(PO4)2; 25,0 g de SiO2 e 10,0 g de C;
c) 50,0 kg de cada reagente.
Dados: massas atômicas – P = 31; Ca = 40; Si = 28,1; O = 16; C = 12.
5. Eteno comprimido tem sido sugerido como fonte alternativa de combustível para automóveis,
principalmente porque o nível de poluição gerado pelo mesmo é bem menor do que aquele
gerado por gasolina. Suponha que em um tanque, 20 lbm C2H4 são queimados com 400 lbs de ar
atmosférico, produzindo 44 lbm CO2 e 12 lbm CO. Deseja-se saber qual a % em excesso de ar
utilizado.
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6. Ácido Sulfúrico pode ser obtido pelo processo de contato segundo as reações:
S + O2 → SO2
SO2 + ½ O2 → SO3
SO3 + H2O → H2SO4
Para o projeto de uma planta de H2SO4 (93,2% em peso) com uma capacidade de 2000 ton/dia,
calcular a quantidade necessária (em ton/dia) de S puro, O2 e H2O.
Dados: PM - H2SO4 = 98; H2O = 18; O2 = 32; S = 32; SO2 = 64; SO3 = 80,0
7. Uma solução aquosa contendo 4% em peso de NaCl é evaporada até que a concentração seja de
5% em peso de NaCl. Determine:
a) Percentual de água da solução original que é evaporada;
b) Percentual de redução de peso da solução original.
8. Metano é queimado com ar. A maior parte do vapor d’água formado é removida, passando-se a
mistura final por um condensador. A análise de Orsat (isto é, com resultado expresso em base
seca) do gás remanescente revela conter: 8,21% CO2, 0,91% CO, 5,02% O2 e 85,85% N2.
Quantos lbmoles de ar seco são utilizados por lbmol de metano?
9. Uma BARITA com 70% de pureza é reduzida em temperatura elevada com COQUE contendo
90% de carbono, de modo a fornecer Sulfeto de bário. Este é a seguir, aquecido em um reator
tubular por onde passa uma corrente de Anidrido carbônico úmido obtendo-se Carbonato de
bário que é finalmente submetido a ação do vapor d’água superaquecido resultando em
Hidróxido de bário. O Coque é empregado na primeira reação com 40% de excesso e a
conversão global da Barita em Hidróxido de bário é de 72%. Calcular a quantidade de Barita e
de Coque necessário por tonelada de Hidróxido de bário produzida.
BaSO4 + 4C → BaS + 4CO
Reações: BaS + CO2 + H2O → BaCO3 + H2S
BaCO3 + H2O → Ba(OH)2 + CO2
Dados adicionais: PM - BaSO4 = 233; C = 12; Ba(OH)2 = 171
10. Uma mistura gasosa com a seguinte composição volumétrica: 13,0% CH4, 15,0% CO, 3,5%
CO2, 0,5% O2 e 68,0% N2, é queimada com 20% de ar em excesso. Se as reações são 98%
completadas, calcular:
a) O peso dos produtos formados por 100 lb da mistura gasosa alimentada
b) A composição volumétrica dos produtos em base seca.
Dados adicionais: Composição molar média do Ar atmosférico = 21% de Oxigênio: 79% de
Nitrogênio. PM: C – 12, H – 1, N – 14, O – 16
11. Um carvão com 80% de carbono, 6% de umidade e teores desprezíveis de enxofre e nitrogênio,
é queimado com ar seco, ser perdas, fornecendo um gás cuja análise de Orsat (isto é, com
resultado expresso em base seca) revela a seguinte composição: 12% CO2, 2% CO e 6% O2.
Determine a fração em peso de hidrogênio presente no combustível e a análise do gás final em
base molhada. Dados adicionais: Composição molar média do Ar atmosférico = 21% de
Oxigênio: 79% de Nitrogênio. PM: C – 12, H – 1, N – 14, O – 16
12. Antimônio (Sb) é obtido pelo aquecimento de Estibnita (Sb2S3) pulverizada com aparas de
ferro, seguido pela descarga de antimônio fundido do fundo do reator, conforme a seguinte
reação:
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Sb2S3 + 3 Fe  2 Sb + 3 FeS
Suponha que sejam aquecidos 0,60 kg de Estibnita e 0,25 kg de aparas de ferro, produzindo 0,20
kg de antimônio metálico. Pede-se:
a) Qual é o reagente limitante?
b) Calcular a percentagem de reagente em excesso;
c) Determinar o grau de completação da reação;
d) Calcular a percentagem de conversão;
e) Calcular o rendimento da reação (em kg de Sb formado por kg de Sb2S3 aquecido).
Dados adicionais: PM - Sb2S3 = 340; Fe = 56; Sb = 122; FeS = 88.
RESPOSTAS:
1) 355 lbm de Na2SO4; 1,13 kgmols de Na2SO4;182,5 lbm de HCl e 2,26 kgmols
de HCl
2) 76,9%
3) 87,5 cg/g (ou 8,75x10-4 %)
4) a) C; b) SiO2; c) Ca3(PO4)2
5) 36,25%;
6) 478,37 ton de H2O/dia; 608,7 ton de S/dia; 913 ton de O2/dia;
7) a) 20,8%; b) 20%
8) 11,92 lbmoles
9) 2,7036 ton de Barita e 0,61 ton de Coque.
10) 301,28 lbm de produtos/100 lbm de mistura alimentada; 0,10% CH4 ;0,12%
CO; 12,10% CO2; 2,84% O2 e 84,84% N2.
11) 4,32% de H2 / 1,90% CO; 11,40% CO2; 5,70% O2; 76, 02% N2 e 4,98% H2O.
12) a) Ferro; b) 18,12% de Sb2S3; c) 55,16%; d) 46,3% (de Sb2S3 convertido em
Sb); e) 0,33 kg de Sb/kg de Sb2S3