Pode-se interpretar um alto forno sob um ponto de vista simples como um processo no qual a reação principal é:
Fe2 O3+3 C 2 Fe+3 CO
mas algumas outras reações paralelas indesejáveis ocorrem, principalmente
Fe2 O3+C 2 FeO+CO
Após 600,0 lb de carbono (coque) serem misturadas com 1,00 t de óxido de ferro puro, Fe2 O3, o processo produz 1200,0 lb de ferro puro e 183 lb de FeO .
Calcule a porcentagem do reagente em excesso, baseado na reação principal.

Passo 1

Beleza, vamos começar resumindo o que a questão está pedindo. Temos um processo em um alto forno onde a reação principal é:
Fe2 O3 + 3 C 2 Fe + 3 CO
Mas também rolam reações indesejáveis, como:
Fe2 O3 + C 2 FeO + CO
A gente tem 600 lb de carbono © misturados com 1,00 tonelada (t) de óxido de ferro puro ( Fe2 O3), e o processo produz 1200 lb de ferro puro (Fe) e 183 lb de FeO. O que precisamos descobrir é qual é a porcentagem do reagente que está sobrando, ou seja, o reagente em excesso, baseado na reação principal.

Passo 2

Primeiro, vamos converter todas as unidades para o mesmo sistema. Sabemos que 1 tonelada (t) = 2000 libras (lb). Então:
1,00 , t = 2000 , lb
Então, temos:
  • Carbono ©: 600 lb
  • Óxido de ferro ( Fe2 O3): 2000 lb

Passo 3

Agora, vamos focar na reação principal:
Fe2 O3 + 3 C 2 Fe + 3 CO
Para essa reação, 1 mol de Fe2 O3 reage com 3 mols de C para produzir 2 mols de Fe. A gente precisa saber qual dos reagentes está limitando, ou seja, qual vai acabar primeiro, para então determinar o excesso.

Passo 4

Vamos calcular quantos mols de cada reagente temos:
  • Massa molar de Fe2 O3: (2 times 55,85) + (3 times 16,00) = 159,7 , g/mol
  • Massa molar de C: 12,01 , g/mol
Convertendo as massas para gramas (1 lb = 453,592 g):
  • Fe2 O3: 2000 , lb times 453,592 , g/lb = 907184 , g
  • C: 600 , lb times 453,592 , g/lb = 272155,2 , g
Calculando os mols:
  • Mols de Fe2 O3: 907184159,7 approx 5683 , mol
  • Mols de C: 272155,212,01 approx 22670 , mol

Passo 5

Segundo a reação principal, 1 mol de Fe2 O3 precisa de 3 mols de C. Então, para 5683 mols de Fe2 O3, precisamos de:
5683 , mol times 3 = 17049 , mol , de C
Mas temos 22670 mols de C disponíveis. Então, o excesso de C é:
22670 - 17049 = 56121 , mol , de C
Agora, para achar a porcentagem de excesso, dividimos o excesso pelo total disponível e multiplicamos por 100:
5612122670 times 100 approx 247,7%

Resposta

A porcentagem do reagente em excesso (carbono) é aproximadamente 247,7%.

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