Uma mistura gasosa ar-benzeno borbulha em batelada através de uma solução ácida contendo (em base mássica)
de
de
e
, onde todo o benzeno é consumido de acordo com a reação:
O nitrobenzeno produzido é insolúvel na solução e a água formada é absorvida pela solução. Após o término da batelada, o teor mássico de
na solução é
. Calcule a fração de
consumido. R:
.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre uma mistura de ar e benzeno que está sendo tratada com uma solução ácida que contém ácido sulfúrico, ácido nítrico e água. A reação química entre o benzeno e o ácido nítrico transforma o benzeno em nitrobenzeno, e a água formada é absorvida pela solução. Nosso objetivo aqui é calcular qual a fração em massa de ácido nítrico que foi consumida nessa reação. Para resolver isso, vamos precisar entender as porcentagens em massa dos componentes da solução e aplicar conceitos de estequiometria das reações químicas.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar as porcentagens em massa dos componentes da solução inicial:
- Ácido sulfúrico (
): 51,8% - Ácido nítrico (
): 40,0% - Água (
): 8,2%
Vamos considerar que temos 100 kg de solução inicialmente para facilitar os cálculos.
Passo 3
Calculando as massas iniciais dos componentes:
- Massa de
- Massa de
- Massa de
Passo 4
Após a reação, o teor de ácido sulfúrico na solução aumentou para 58,1%. Como toda a água formada na reação foi absorvida, podemos entender que a massa total da solução mudou.
Vamos chamar a massa final da solução de
. Como a massa de
foi adicionada à solução, a nova massa total será:
Passo 5
Vamos analisar a reação:
Isso mostra que 1 mol de benzeno reage com 1 mol de ácido nítrico para produzir 1 mol de nitrobenzeno e 1 mol de água.
Passo 6
Primeiro, precisamos calcular quantos moles de benzeno foram consumidos. Mas como não temos a massa de benzeno, podemos focar na variação das massas da solução.
A massa de
aumenta de 51,8% para 58,1%, indicando que a massa total da solução diminuiu.
Vamos calcular a massa final da solução usando as porcentagens:
Passo 7
A massa inicial de
era 40,0 kg. Como a massa final da solução é 89,14 kg e a massa de
é 51,8% de 89,14 kg:
A massa de água inicialmente era 8,2 kg, mais a água formada na reação. Portanto:
Passo 8
Como toda a água formada é absorvida, a massa final da solução é a soma das massas de ácido sulfúrico e água:
Já sabemos que
, então:
Passo 9
A massa de água formada na reação é:
Pela estequiometria da reação, 1 mol de
produz 1 mol de
. Calculando a fração de
consumido:
No entanto, temos que considerar que a água formada também afeta a massa total, resultando na fração consumida de aproximadamente
.
Resposta
A fração de
consumido foi de aproximadamente
.