10 – (UnB – 2013) O nitreto de silício (Si3N4), que é um composto cerâmico que combina diferentes propriedades, como alta resistência mecânica, moderada condutividade térmica e baixo coeficiente de dilatação térmica, tem sido empregado na fabricação de turbinas a gás, peças de motores automotivos e rolamentos e ferramentas de corte de metais. Industrialmente, o composto pode ser preparado por redução carbotérmica em atmosfera de nitrogênio, de acordo com a equação química a seguir.
3SiO2(s) + 6C(s) + 2N2(g) → Si3N4(s) + 6CO(g)
Com base nesse processo, a máxima massa em Kg de nitreto de silício formada, em quilogramas, quando são colocados para reagir 360,0 kg de SiO2(s), 160,0 kg de C(s) e 140,0 kg de N2(g) corresponde a (apresente os cálculos):
Soluções para a tarefa
Olá,
segundo a reação balanceada:
3SiO2(s) + 6C(s) + 2N2(g) → Si3N4(s) + 6CO(g)
São necessários 3 mols de SiO2, 6mols de C(s) e 2mols de N2 para sintetizar 1mol de Si3N4(s).
sabendo a proporção estequiométrica, verificamos agora quantos mols temos de cada um dos reagentes.
SiO2: calculando sua massa molar
Si 28g/mol + O 16g/mol x 2 = 60g/mol ou 0,060kg/mol
calculando o número de mols referente a 360,0Kg
n = m/MM
n = 360kg/0,060kgmol-¹ = 6000mols
C(s): a massa é de 12g/mol ou 0,012kg/mol
calculando o número de mols:
n = 160kg/0,012kgmol-¹
n = 13333 mols
N2 : calculando sua massa molar
N = 14g/mol x 2 = 28g/mol ou 0,028kg/mol
calculando o número de mols:
n = 5000
Considerando a proporção estequiométrica, para reagir 100% dos 13333 mols de C(s), teríamos que ter a seguinte quantidade de SiO2:
3 SiO2 mols ---- 6mols C(s)
x mols ----- 13333 mols
x = 6666,5
Mas há somente 6000mols.
Em relação ao N2:
3mol SIO2 ---- 2mol N2
y mol ----- 5000mol
y = 7500mols
seria necessário haver 7500mols de SiO2 para reagir completamente o N2.
Sendo assim, o SiO2 é o reagente limitante em relação aos dois demais reagentes, os 6000mols reagirão completamente e é a partir de sua proporção que mediremos quanto de Si3N4 será formado:
3mol SiO2(s) ---- 1mol Si3N4(s)
6000mol ----- z mol
z = 2000mols de Si3N4 serão formados, que equivale a massa de:
massa molar do Si3N4 = Si 28g/mol x 3 + N 14g/mol x 4 = 126g/mol ou 0,1265kg/mol.
n = m/MM
n*MM = m
2000mols*0,126kg/mol = 252kg.
Resposta:
Resposta correta acima