O maior emprego isolado do ácido sulfúrico é observado na indústria de fertilizantes à base de fósforo ou de amônio. O exemplo mais importante é a Obtenção do “superfosfato”. Ca3(PO4)2 + H2SO4 Ca2H2(PO4)2 + CaSO4 [M(Ca)=40,1g/mol; M(P)=31,0g/mol; M(O)=16,0g/mol; M(H)=1,0g/mol; M(S)=32,0g/mol]. Calcule a massa de ácido sulfúrico, em toneladas (t), necessária para reagir com 155Kg de Ca3(PO4)2 (fosforita) na produção de “superfosfato”, considerando a inexistência de excesso de qualquer reagente.
Soluções para a tarefa
Pela equação dada
no enunciado, que já está balanceada, percebemos que a proporção
de fosforita
Ca3(PO4)2 para
ácido sulfúrico H2SO4 é de 1 para 1.
Ou seja, precisamos
de 1 mol de Ca3(PO4)2 para reagir com cada 1 mol de H2SO4.
Sabemos que temos de
reagir 236.000kg de fosforita. Precisamos, então, descobrir o quanto
essa massa, dada em kg, equivale em termos de números de mol de
fosforita.
Para isso, precisaremos saber qual é a massa molecular da fosforita.
Para calcular a
massa molecular da fosforita, precisamos somar as massas molares dos
átomos da fosforita, multiplicados pelos seus índices na fórmula.
Perceba que o exercício nos deu as massas molares de todos os átomos envolvidos.
Vamos calcular a
massa molecular da fosforita primeiro:
Ca3(PO4)2
Em que temos
Ca = (3
átomos)*(massa molar 40,1g/mol) = 120,3
P = (2
átomos)*(massa molar 31,0g/mol) = 62
O = (8
átomos)*(massa molar 16,0g/mol) = 128
Somando, temos que a
massa da fosforita é = 310g/mol
Agora que sabemos a
massa molecular, podemos encontrar o número de mol da fosforita,
usando a equação:
n = m/MM
em que n = número
de mol
m = massa (em
gramas)
MM = massa molecular
em g/mol, que acabamos de calcular.
Então o número de
mol, n é =
n = 2,36.10^8/ 310 =
n = 761290 mol de
fosforita
perceba que converti
o valor de 236000kg para gramas, o que dá 2,36.10^8 (o ^ significa
“elevado a”). Isso porque a massa molecular está em gramas por
mol, precisamos usar as unidades equivalentes.
Agora sabemos o
número de mol de fosforita, 761290. E como vimos no começo, a
proporção de fosforita para ácido sulfúrico é de 1 para 1.
Isto quer dizer que
o número de mol de fosforita é igual ao de ácido sulfúrico, ou
seja precisamos ter também 761290 mol de ácido sulfúrico para
reagir com a fosforita.
Mas, o quanto isso
corresponde em termos de kg de ácido sulfúrico?
Primeiro, vamos
calcular a massa molecular do ácido sulfúrico. Da mesma forma que
foi feito com a fosforita.
H2SO4 =
H = (2átomos)*(massa
molar 1,0g/mol) = 2
S = (1 átomo)*(massa
molar 32,0g/mol) = 32
O = (4
átomos)*(massa molar 16,0g/mol) = 64
Somando tudo = 98g/mol
Agora, usamos a
mesma fórmula n = m/MM
E vamos descobrir
qual é a massa em gramas de ácido sulfúrico que corresponde aos
761290 mol.
n*MM = m
761290*98 = 74606420g
Para achar em kg,
dividimos esse número por 1000.
Assim, a resposta é 74606kg de H2SO4 são necessários para reagir com os 236000kg de
Ca3(PO4)2.
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