Cálculos estequiométricos são a base de todo processo de produção que envolva reação, haja vista resultarem em sua otimização, impactando diretamente na relação custo/benefício. Para tal, é necessário o conhecimento das fórmulas moleculares das substâncias que participam da reação, bem como a proporção entre elas. Assim, a estequiometria está baseada na relação entre as quantidades dos reagentes e produtos, resultando em equações químicas devidamente balanceadas, que traduzem o que de fato está ocorrendo dentro do reator. No balanço de materiais, a utilização da estequiometria industrial é fundamental.
Considere que determinada indústria siderúrgica produz ferro a partir da hematita (Fe2O3). O processo ocorre à batelada, e utiliza-se 5,2 toneladas de minério como ponto de partida. Sabe-se que o rendimento do processo é de 95%. A reação de obtenção do ferro a partir da hematita, que traduz o fenômeno em estudo, é a que segue:
Fe2O3 + C → Fe + CO
A quantidade de ferro produzida (em kg) por batelada é:
Dados: C=12u; O=16u; Fe=56u
a.
3.458 kg.
b.
3.640 kg.
c.
3.287 kg.
d.
3.584 kg.
e.
3.955 kg.
Considere que determinada indústria siderúrgica produz ferro a partir da hematita (Fe2O3). O processo ocorre à batelada, e utiliza-se 5,2 toneladas de minério como ponto de partida. Sabe-se que o rendimento do processo é de 95%. A reação de obtenção do ferro a partir da hematita, que traduz o fenômeno em estudo, é a que segue:
Fe2O3 + C → Fe + CO
A quantidade de ferro produzida (em kg) por batelada é:
Dados: C=12u; O=16u; Fe=56u
a.
3.458 kg.
b.
3.640 kg.
c.
3.287 kg.
d.
3.584 kg.
e.
3.955 kg.
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Resposta:
a) 3.458 kg.
Explicação:
O exercício pede para gente descobrir a quantidade ferro que será produzida, e para isso vamos utilizar o cálculo estequiométrico:
Fe₂O₃ + C → Fe + CO - equação não balanceada
Fe₂O₃ + 3C → 2Fe + 3CO - equação balanceada
1 : 3 : 2 : 3 → proporção em mol
Informações dadas pelo exercício:
- Fe₂O₃ = 5,2 toneladas, vamos transformar em kg:
1 tonelada --------- 1000 kg
5,2 toneladas ---- x kg
x = 1000 x 5,2
x = 5200 kg
- Rendimento = 95%
- C = 12 g/mol
- O = 16 g/mol
- Fe = 56 g/mol
- Fe₂O₃ = possui 160 g/mol, para descobrir isso basta multiplicar as massas dos elementos pelos respectivos números de átomos na substância:
2 x 56 + 3 x 16 = 160 g/mol
Agora vamos realizar o cálculo estequiométrico para descobrir a quantidade de ferro produzida:
Fe₂O₃ + 3C → 2Fe + 3CO
↓ ↓
5200 kg ------ x kg
1 x 160 g ------ 2 x 56 g
5200 kg ----- x kg
160 g --------- 112 g
160x = 582400
x = 582400/160
x = 3640 kg
Porém essa seria a massa caso o rendimento do processo fosse de 100%, porém o rendimento real é de 95%:
3640 kg ------- 100%
x kg ------------- 95%
100x = 3640 x 95
100 x = 345800
x = 345800/100
x = 3458 kg
Espero ter ajudado :)
A quantidade de Fe produzida a partir de 5,2 t de Fe2O3 com um rendimento de 95% é de 3458 kg
FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Conceito I Molécula: É um conjunto de átomos de elementos químicos iguais ou diferentes
Conceito II Massa Atômica: é a massa de um átomo, expressa em unidades de massa atômica, representadas éla letra u. Ela indica quantas vezes a massa de um átomo é maior que 1/12 da massa do átomo de Carbono de número atômico 6 e número de massa 12
Conceito III Massa Molecular: é a massa de uma molécula, expressa em unidades de massa atômica, representadas pela letra u. Ela indica quantas vezes a massa de uma molécula é maior que 1/12 da massa do átomo de Carbono de número atômico 6 e número de massa 12
Conceito IV Mol: Em química, a unidade de quantidade de matéria é denominada de mol. Ela corresponde a 6,02x10^23 unidades, tais como moléculas, átomos ou íons.
O número 6,02x10^23 é conhecido como número de Avogadro. Na maioria dos problemas é comum usar 6 x 20^23
Conceito V Massa molar: é a massa expressa em g referente a 1 mol de moléculas, átomos ou íons. Portanto sua unidade é g/mol. Ela é determinada a partir das massas atômicas dos elementos que constituem cada espécie química.
RESOLUÇÃO DO EXERCÍCIO
Passo I – Ajustar a equação da reação química
Fe2O3 + 3 C 2 Fe + 3 CO
Passo II – Transformação de unidades
5,2 t = 5200 kg uma vez que 1 t = 1000 kg
Passo III – Cálculo das massas molares das substâncias envolvidas
Fe2O3 = 2 x 56 + 3 x 16 = 160 g/mol
Fe = 56 g/mol
Passo IV – Cálculo das massas em g
Fe2O3 = 160 g/mol x 1 mol = 160 g
Fe = 56 g/mol x 2 = 112 g
A relação entre as massas é de 160 g de Fe2O3 para 112 g de Fe ou
160 kg de Fe2O3 para 112 kg de Fe
Passo V – Cálculo da massa de Fe considerando um rendimento de 100%
Fe2O3 ============2 Fe
160 kg 112 kg
5200 kg =============m
m = 5200 x 112 / 160 = 3640 kg (rendimento 100%)
Passo VI – Cálculo da massa de Fe considerando o rendimento de 95%
3640 g de Fe ============100%
m ===================== 95%
m = 3640 x 95 / 100 = 3458 kg de Fe – LETRA A
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