Para o processo de produção de dióxido de enxofre, pode-se utilizar inicialmente sulfeto de hidrogênio
(em fase gasosa).
Para uma reação entre 20t de sulfeto de hidrogênio com 18t de gás oxigênio e conversão de
, determinar a carga energética para este processo.
Para uma reação entre 20t de sulfeto de hidrogênio com 18t de gás oxigênio e conversão de
Passo 1
Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos um processo de produção de dióxido de enxofre (
) que utiliza sulfeto de hidrogênio (
) e oxigênio (
) como reagentes. A reação química envolvida é:
Queremos determinar a carga energética desse processo quando reagimos 20 toneladas de
com 18 toneladas de
, 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:
Contando os átomos de cada elemento:
- H: 2 no
e 2 na — balanceado. - S: 1 no
e 1 na — balanceado. - O: 2 no
, 1 na e 2 na , totalizando 3 nos produtos.
Para balancear o oxigênio, ajustamos o coeficiente do
:
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
e 18 toneladas de
) para gramas, já que as massas molares são normalmente expressas em g/mol.
- 20 toneladas de
= 20.000 kg = 20.000.000 g - 18 toneladas de
= 18.000 kg = 18.000.000 g
Agora, as massas molares:
-
: -
:
Calculando os mols:
Passo 4
Vamos verificar qual reagente é limitante. A estequiometria da reação balanceada é:
Isso significa que para cada 2 mols de
, precisamos de 3 mols de . Então, a relação molar necessária entre
e
é de
ou equivaletemente
.
Calculando a relação molar disponível:
Como a relação disponível (1,042) é maior que a necessária (0,6667), o
é o reagente limitante.
Passo 5
Agora, vamos considerar a conversão de 72%. Isso significa que apenas 72% do
disponível será efetivamente utilizado na reação.
Calculando a quantidade efetiva de usada:
Passo 6
Com a quantidade efetiva de
, vamos calcular a quantidade de
reagida com base na estequiometria da reação:
Para 3 mols de , precisamos de 2 mols de
. Então:
Passo 7
Agora, vamos determinar a energia envolvida na reação. Para isso, precisamos da entalpia de reação (
). A entalpia de reação pode ser calculada usando as entalpias de formação dos reagentes e produtos:
Valores típicos de entalpia de formação (
) a 25°C:
-
-
(elemento na forma padrão) -
-
Calculando:
Isso indica que a reação libera energia, sendo exotérmica.
Passo 8
Agora, calculamos a carga energética total para a quantidade de
reagida:
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.