Uma solução aquosa 0,5 molar de ácido sulfúrico entra em uma unidade de processo com uma vazão de 1,25 m^3 / min. A densidade relativa da solução é 1,03 . Calcule (i) a concentração mássica do H2 SO4, em kg/m ^3; (ii) a vaz̃ão mássica do H2 SO4, em kg / se (iii) a fração mássica do H2 SO4.

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos uma solução aquosa de ácido sulfúrico ( H2SO4) com concentração molar de 0,5 M e densidade relativa de 1,03. Essa solução está entrando em um processo com uma vazão de 1,25 , m^3/min. Precisamos calcular:
i) A concentração mássica de H2SO4 em kg/m³;
ii) A vazão mássica de H2SO4 em kg/s;
iii) A fração mássica de H2SO4.
Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de química como concentração molar, densidade, massa molar e relacionar essas informações para encontrar as respostas.

Passo 2

Vamos começar calculando a concentração mássica de H2SO4. A concentração mássica (massa por unidade de volume) pode ser calculada usando a fórmula:
Concentração mássica = Concentração molar times Massa molar çãáçã
Primeiro, precisamos saber a massa molar do H2SO4. Calculando:
H: 1 times 2 = 2 , g/mol S: 32 , g/mol O: 16 times 4 = 64 , g/mol Massa molar total = 2 + 32 + 64 = 98 , g/mol
Convertendo para kg/mol:
98 , g/mol = 0,098 , kg/mol
Agora, aplicando na fórmula da concentração mássica:
Concentração mássica = 0,5 , mol/L times 0,098 , kg/mol = 0,049 , kg/L çãá
Como 1 , m^3 = 1000 , L, multiplicamos por 1000 para obter kg/m³:
0,049 , kg/L times 1000 = 49 , kg/m^3

Passo 3

Agora, vamos calcular a vazão mássica de H2SO4. Para isso, usamos a concentração mássica que encontramos e a vazão volumétrica fornecida.
Primeiro, convertemos a vazão de 1,25 , m^3/min para kg/min:
Vazão mássica = Concentração mássica times Vazão volumétrica = 49 , kg/m^3 times 1,25 , m^3/min = 61,25 , kg/min ãáçãáãé
Agora, convertendo para kg/s:
61,25 , kg/min div 60 , s/min = 1,021 , kg/s
Arredondando, temos aproximadamente 1,02 , kg/s.

Passo 4

Por fim, vamos determinar a fração mássica de H2SO4. A fração mássica é a razão entre a massa do componente e a massa total da solução.
Primeiro, precisamos da massa total da solução. Para isso, usamos a densidade relativa. A densidade relativa (1,03) indica que a densidade da solução é 1,03 vezes a densidade da água (que é aproximadamente 1000 , kg/m^3).
Densidade da solução = 1,03 times 1000 = 1030 , kg/m^3 çã
Agora, a fração mássica é:
Fração mássica = Massa de H2SO4Massa total da solução = 49 , kg/m^31030 , kg/m^3 approx 0,0476 çãáçã
Convertendo para porcentagem:
0,0476 times 100 approx 4,76%

Resposta

i) A concentração mássica de H2SO4 é 49 , kg/m^3;
ii) A vazão mássica de H2SO4 é aproximadamente 1,02 , kg/s;
iii) A fração mássica de H2SO4 é 4,76%.

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