Para o processo de produção de dióxido de enxofre, pode-se utilizar inicialmente sulfeto de hidrogênio e2 (em fase gasosa).
H2 S+O2 H2 O+SO2
Para uma reação entre 20t de sulfeto de hidrogênio com 18t de gás oxigênio e conversão de 72 %, determinar a carga energética para este processo.

Passo 1

Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos um processo de produção de dióxido de enxofre ( SO2) que utiliza sulfeto de hidrogênio ( H2S) e oxigênio ( O2) como reagentes. A reação química envolvida é:
H2S + O2 H2O + SO2
Queremos determinar a carga energética desse processo quando reagimos 20 toneladas de H2S com 18 toneladas de O2, considerando uma conversão de 72%. Para isso, vamos precisar usar conceitos de estequiometria e termodinâmica química.

Passo 2

Primeiro, vamos balancear a reação química para termos certeza de que a quantidade de reagentes e produtos está correta. Observamos a reação dada:
H2S + O2 H2O + SO2
Contando os átomos de cada elemento:
  • H: 2 no H2S e 2 na H2O — balanceado.
  • S: 1 no H2S e 1 na — balanceado.
  • O: 2 no SO2, 1 na O2 e 2 na , totalizando 3 nos produtos.
Para balancear o oxigênio, ajustamos o coeficiente do H2O:
SO2
Agora, os átomos de oxigênio estão balanceados: 6 no reagente e 6 nos produtos.

Passo 3

Agora, vamos calcular a quantidade de matéria (em mols) de cada reagente. Primeiro, precisamos converter as massas dadas (20 toneladas de H2S e 18 toneladas de O2) para gramas, já que as massas molares são normalmente expressas em g/mol.
  • 20 toneladas de H2S = 20.000 kg = 20.000.000 g
  • 18 toneladas de O2 = 18.000 kg = 18.000.000 g
Agora, as massas molares:
  • H2S: (2 times 1,01) + 32,07 approx 34,09,g/mol
  • O2: 2 times 16,00 = 32,00,g/mol
Calculando os mols:
Mols de H2S = 20.000.000,g34,09,g/mol approx 586.736,mol
Mols de O2 = 18.000.000,g32,00,g/mol = 562.500,mol

Passo 4

Vamos verificar qual reagente é limitante. A estequiometria da reação balanceada é:
2,H2S + 3,O2 2,H2O + 2,SO2
Isso significa que para cada 2 mols de H2S, precisamos de 3 mols de . Então, a relação molar necessária entre O2 e H2S é de O2 ou equivaletemente 2:3.
Calculando a relação molar disponível:
0,6667
Como a relação disponível (1,042) é maior que a necessária (0,6667), o 586.736,mol,H2S562.500,mol,O2 approx 1,042 é o reagente limitante.

Passo 5

Agora, vamos considerar a conversão de 72%. Isso significa que apenas 72% do O2 disponível será efetivamente utilizado na reação.
Calculando a quantidade efetiva de usada:
O2

Passo 6

Com a quantidade efetiva de O2, vamos calcular a quantidade de H2S reagida com base na estequiometria da reação:
Para 3 mols de , precisamos de 2 mols de O2. Então:
H2S

Passo 7

Agora, vamos determinar a energia envolvida na reação. Para isso, precisamos da entalpia de reação ( De). A entalpia de reação pode ser calculada usando as entalpias de formação dos reagentes e produtos:
Valores típicos de entalpia de formação ( De) a 25°C:
  • H2S (g): -20,6,kJ/mol
  • O2 (g): 0,kJ/mol (elemento na forma padrão)
  • H2O (l): -285,8,kJ/mol
  • SO2 (g): -296,8,kJ/mol
Calculando:
De
De
De
De
Isso indica que a reação libera energia, sendo exotérmica.

Passo 8

Agora, calculamos a carga energética total para a quantidade de H2S reagida:
Carga Energética = Deé
Carga Energética = (-1.124,kJ/mol) times 270.000,molé
Carga Energética = -303.000.000,kJé

Resposta

A carga energética para o processo é de -303.000.000 kJ, indicando que 303 milhões de kJ de energia são liberados durante a reação.

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