Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Campus Regional de Resende
Engenharia de Produção
1.
Química Ι-A
Estequiometria
PROBLEMAS DO TIPO I
TIPO I : Problemas sem envolvimento de Reação Química
(Mudança de base de cálculo e balanços materiais)
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
1. Uma argila úmida contém 45% de SiO2 (sílica) e 10% de água, sendo os demais constituintes
sólidos não voláteis. Calcule o percentual de sílica na argila seca.
2. Uma argila foi parcialmente seca, passando a conter 50,0% de sílica e 7,0% de água. Sabendo que
a argila original continha 12,0% de água, determine o percentual de sílica na mesma.
3. Um carvão mineral (carbono fixo + matéria volátil + cinzas + umidade), contendo 3,0% de cinzas e
1,0% de umidade, deu origem a um coque (carbono fixo + cinzas) com 4,0% de cinzas. Calcule as
percentagens de carbono fixo e matéria volátil no carvão mineral, admitindo a não ocorrência de
perda de carbono fixo e cinzas na coqueificação do carvão.
4. Dois minérios A e B contêm 40,0% e 25,0% de manganês, respectivamente. Quantos kg de cada
minério devem ser misturados para que sejam obtidos 1000 kg de minério (misturado), contendo
30,0% de manganês ?
5. Considere que a moagem da cana de açúcar produza, em massa, 80% de caldo de cana e 20% de
bagaço. Admita que o caldo contenha 18%, em massa, de sacarose ou açúcar comum e que a
presença deste no bagaço seja desprezível.
Calcule a massa de cana de açúcar, em toneladas, necessária à produção de 1,00 tonelada de
açúcar, considerando de 85% o rendimento do processo.
6. Uma polpa, obtida pelo esmagamento de morango, contém 15,0% de sólidos e 85,0% de água.
Para se fazer geleia de morango, são misturadas polpa de morango e sacarose na proporção (em
massa) : 45,0 (polpa) / 55,0 (sacarose). Em seguida, a mistura é aquecida e concentrada até que a
água represente 1/3 da massa do produto final (geleia).
Calcule as massas de polpa e açúcar (sacarose) necessárias à produção de 100 kg de geleia.
7. Calcule o peso de minério de ferro, contendo 63,33% de Fe, necessário à obtenção de 1000 kg de
ferro gusa, contendo 95,00% de Fe, considerando desprezível a presença de Fe na escória do
alto-forno (A.F.)
Dados: M.A. (u): O = 16,0 ; Fe = 56,0.
8. Determine os percentuais de P2O5 no:
(a) Na3PO4 ;
(b) Na5P3O10.
Dados: M.A. (u): O = 16,0 ; Na = 23,0 ; P = 31,0.
9. Uma amostra de hematita (Fe2O3 + impurezas) contém 63,0% de Fe. Calcule o grau de pureza da
hematita (percentagem de Fe2O3 na hematita), admitindo ausência de ferro nas impurezas.
Dados: M.A. (u): O = 16,0 ; Fe = 56,0.
10. Um minério com 78,0% de Fe2O3 produz um ferro-gusa com 94,0% de Fe e uma escória com x%
de FeO.
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Química Ι-A
Estequiometria
Sabendo que 99,5% do ferro do minério vão para o gusa e 0,5% do ferro vão para a escória,
determine:
(a) a massa de minério necessária à produção de 1000 kg de gusa;
(b) o valor de x, considerando que a massa de escória formada é 55,0% da massa de gusa
produzido.
Dados: M.A. (u): O = 16,0 ; Fe = 56,0.
11. O minério taconita contém 35,0% de Fe3O4 , sendo o restante constituído de impurezas silicosas
(isentas de ferro). Quantas toneladas desse minério devem ser processadas para obtenção de
1,00 tonelada de ferro metálico:
(a) considerando o rendimento do processo igual a 100% ?
(b) considerando o rendimento do processo igual a 80% ?
Dados: M.A. (u): O = 16,0 ; Fe = 56,0.
12. Uma bauxita (Al2O3 + impurezas) contém 51,0% de Al2O3. Calcule a massa de bauxita necessária à
obtenção de 1,00 tonelada de alumínio puro, considerando o rendimento do processo igual a 95,0%.
Dados: M.A. (u): O = 16,0 ; Al = 27,0.
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2.
Estequiometria
PROBLEMAS DO TIPO II
Tipo II : Problemas com envolvimento de Reações Químicas
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
Dados:
• Massas atômicas (u):
H = 1,0; Li = 7,0; C = 12,0; N = 14,0; O = 16,0; F = 19,0; Na = 23,0; Mg = 24,0; Al = 27,0; Si = 28,0;
P = 31,0 ; S = 32,0 ; Cl = 35,5 ; K = 39,0 ; Ca = 40,0 ; Ti = 48,0 ; V = 51,0 ; Cr = 52,0 ; Mn = 55,0;
Fe = 56,0; Co = 59,0; Ni = 58,7; Cu = 63,5; Zn = 65,5; As = 75,0; Br = 80,0 ; Sr = 87,5 ; Ag = 108;
Cd = 112 ; Sn = 119 ; Sb = 122 ; I = 127 ; Ba = 137 ; Hg = 201 ; Pb = 207 ; Bi = 209.
• Constante do gás ideal: R = 0,0821 atm . L . K-1 . mol-1 = 62,4 mm Hg . L . K-1 . mol-1 = 8,31 J . K-1 . mol-1.
• Volume molar do gás ideal (273 ; 1 atm): 22,4 L
13. Determine a massa de As2S3 , em kg , necessária à preparação de 284 kg de H3AsO4 , segundo a
reação: … As2 S3 + … HNO3 + … H2 O → … H3 AsO 4 + … H2 SO4 + … NO .
14. Calcule o peso de ácido nítrico comercial, contendo 84,0% (em peso) de HNO3 , em toneladas,
necessário para reagir estequiometricamente com 10,0 quilomols de cobre, segundo a reação:
… Cu + … HNO3 → … Cu(NO3 )2 + … NO2 + … H2 O
15. O íon cianeto (CN-) pode ser eliminado de efluentes industriais por meio de reação com cloro (C 2),
em meio básico (OH-), de acordo com a seguinte equação não balanceada:
… CN −
+
…C
2
+
… OH −
→
… CO2
+
… N2
+
…C
−
+
… H2 O
Determine a massa de um produto X, em kg, contendo 10,0% (em massa), necessário à eliminação
estequiométrica do cianeto contido em 5,00 m3 de efluente industrial onde a concentração do íon
considerado seja igual a 20,8 g CN-/m3.
16. m gramas de magnésio e m gramas de enxofre são misturados. Em seguida, são proporcionadas
condições para que estas espécies reajam entre si, segundo a equação: Mg + S → MgS ,
até o total desaparecimento de um dos reagentes.
Determine:
a) a massa de sulfeto de magnésio formada;
b) a massa de reagente que permanecerá em excesso.
17. Uma fábrica de fertilizante produz “superfosfato” tratando rocha fosfática, com 87,0% de
pureza (87,0% de Ca3(PO4)2), com ácido sulfúrico (100% de H2SO4). Num ensaio realizado, foram
misturados 500 kg de rocha fosfática com 250 kg de ácido sulfúrico, obtendo-se 280 kg de
“superfosfato”(Ca(H2PO4)2).
Determine:
a) qual o reagente limitante, calculando o excesso do outro reagente;
b) o grau de complementação (rendimento) da reação.
Equação da reação: Ca 3 (PO 4 )2 + 2 H2 SO 4 → 2 CaSO 4 + Ca(H2 PO 4 )2 .
18. Uma solução contendo 3,47 g de uma mistura de NaCl e CaCl2 foi tratada com nitrato de prata
(AgNO3) em excesso, obtendo-se um precipitado de AgCl que após lavagem e secagem, pesou 8,61 g.
Calcule a massa de cloreto de sódio presente na solução original.
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Estequiometria
19. 1,000 g de amostra de minério de ferro é constituída por Fe3O4 e Fe2O3 puros.
Por meio de tratamento controlado com hidrogênio, ocorre a seguinte reação:
3 Fe2O3( s)
+
H2( g)
→
2 Fe3O4 ( s)
+
H2O( g) .
Se após o tratamento da amostra, a massa de sólido resultante é de 0,986 g, determine a massa
de Fe2O3 presente na amostra original.
20.A produção industrial do amoníaco (NH3) a partir do gás natural (CH4), ar (80% (V) N2 + 20% (V) O2)
e vapor d’água pode ser esquematizada por meio das seguintes etapas:
x CH4 ( g)
+
x H2O( g)
→
y CH4 ( g)
+
2y N2( g)
+
(x + y) CO( g)
2y N
( g)
+
+
x CO( g)
( y / 2) O2( g)
(x + y) H2O( g)
6y H2( g)
→
+
→
y CO( g)
(x + y) CO2( g)
→
4 y NH3(
3x H2( g)
+
+
2y H2( g)
+
2y N2( g)
(x + y) H2( g)
)
Calcule a massa de amoníaco, em toneladas, que pode ser obtida teoricamente a partir de 1,0
megamol de gás natural.
21. 2,0 L de um hidrocarboneto gasoso consumiram 10,0 L de oxigênio para produzir 6,0 L de dióxido
de carbono e 8,0 L de vapor d’água.
Considerando que todos os volumes estão referidos às mesmas condições de temperatura e
pressão, determine a fórmula do hidrocarboneto.
22.Uma amostra de 50 cm3 de uma mistura de H2( g) e O2( g) foi encerrada em um recipiente, sob
determinadas condições de temperatura e pressão. A amostra foi submetida à ação de uma faísca
elétrica, ocorrendo formação de água líquida.
O gás puro resultante apresentou um volume de 10 cm3, nas mesmas condições de temperatura e
pressão.
Determine a fração molar inicial de H2( g) , na mistura, se o gás residual (em excesso), após a
reação se completar:
(a) for o hidrogênio (H2) ;
(b) for o oxigênio (O2).
23.1,00 g de nafta (mistura de hidrocarbonetos) produziu por combustão completa 3,08 g de CO2 e
1,44 g de H2O.
Determine:
(a) a “fórmula média” da nafta;
(b) a composição volumétrica, em base seca, do gás residual proveniente da queima completa da
nafta, em presença de 20,0% de ar em excesso (em relação à quantidade de ar
estequiometricamente necessária).
Dados: MA (u): H = 1,0 ; C ,= 12,0 ; O = 16,0 ;
Composição do ar atmosférico (volumétrica): N2 = 80,0% ; O2 = 20,0%.
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Estequiometria
24.Uma mistura gasosa de metano (CH4) e etano (C2H6) foi submetida a uma combustão completa, em
presença de ar em excesso, tendo resultado da queima uma mistura gasosa residual que
apresentou a seguinte composição volumétrica, em base seca:
N2 … 86,0% ; O2 … 6,0% ; CO2 … 8,0%.
Determine:
(a) a percentagem, em volume, de ar em excesso (em relação ao ar necessário à combustão
estequiométrica);
(b) a fração em volume de metano na mistura gasosa inicial.
Dado: Composição volumétrica do ar atmosférico: N2 = 80,0% ; O2 = 20,0%.
25.Na produção contínua de sulfato de amônio, atomiza-se ácido sulfúrico puro (líquido) no interior
de um reator fechado, contendo nitrogênio e amoníaco (NH3) gasosos, em iguais concentrações
em volume. Devido a problemas operacionais, apenas 50,0% do ácido (H2SO4) introduzido reage
com o amoníaco. O sulfato de amônio produzido, juntamente com o ácido sulfúrico não reagido,
são continuamente retirados do reator. Supondo uma adição de 49,0 g/min de H2SO4 , calcule o
tempo necessário para que ocorra uma queda de 5,00% da pressão no interior do reator.
Dados: Pressão inicial no interior do reator = 1,00 atm ; Volume do reator = 1000 L ; Temperatura
(constante) = 27oC ; Constante do gases ideais (R) = 0,0821 atm . L/(K . mol).
Equação da reação: H2SO4
+
2 NH3
→
(NH4 )2 SO4
26.Em uma fábrica de ácido sulfúrico, pelo processo de contato, as matérias-primas são enxofre e
ar atmosférico. Os gases que alimentam o 1º estágio do CONVERSOR DE CONTATO (SO2 , O2 e
N2) são provenientes exclusivamente do QUEIMADOR DE ENXOFRE, onde o ar empregado é o
necessário a: (1) queima completa do enxofre; (2) futura conversão do SO2 em SO3 ; (3)
manutenção de um excesso de 10,0% de ar sobre o ar estequiometricamente necessário à
realização das conversões (1) e (2).
Determine a composição volumétrica da mistura gasosa que alimentará o 1º estágio do
CONVERSOR DE CONTATO.
Composição volumétrica do ar: N2 … 80,0% ; O2 … 20,0%.
Equações de reações: S( s) + O2( g) → SO2( g) ; SO2( g) + 1 / 2 O2( g) → SO3( g) .
27.Zinco metálico pode ser obtido pelo processo de ustulação de sulfeto de zinco seguido pela
redução do óxido de zinco produzido.
Considere que o sulfeto de zinco está presente em um minério, contendo somente ZnS (54,0% em
peso) e impurezas silicosas, e que as reações envolvidas no processo são traduzidas pelas
seguintes equações:
… ZnS + … O2 → … ZnO + … SO2
(etapa 1) ;
… ZnO
+
…C
→
… Zn
+
(etapa 2) .
… CO
Determine:
(a) a massa de zinco obtida, em kg, a partir de 1000 kg de minério, considerando os rendimentos
das etapas 1 e 2 como iguais a 90,0% e 80,0%, respectivamente;
(b) a massa de minério que deveria ser empregada, em kg, se desejássemos obter 1000 kg de
ZnO, considerando o rendimento mencionado em (a) para a etapa 1 do processo.
M.A. (u): C = 12,0 ; O = 16,0 ; S = 32,0 ; Zn = 65,5.
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Estequiometria
28.O carbeto de cálcio (CaC2) pode ser obtido a partir de calcário (CaCO3 + SiO2) e coque (C +
cinzas), através de um processo representado pelas seguintes equações:
CaCO3 ( s) → CaO( s) + CO2 ( g) … (Ι)
CaO( s)
+
3 C( s )
→
CaC2 ( s)
+
CO( g)
…
(ΙΙ)
Considere:
(1) deseja-se obter 800 kg de carbeto de cálcio ;
(2) as reações (I) e (II) têm rendimentos iguais a 90,0% cada uma ;
(3) o grau de pureza do calcário é de 90,0% ;
(4) o coque contém 4,00% de cinzas.
Com base nos dados fornecidos, calcule as massas de calcário e coque, em kg, necessárias à
obtenção da quantidade desejada de CaC2.
M.A. (u) : C = 12,0 ; O = 16,0 ; Ca = 40,0.
29.Etileno (C2H4) e hidrogênio puros reagem, em presença de platina, para formar etano (C2H6). Um
volume de 62,3 litros de uma mistura desses reagentes, contendo excesso de hidrogênio, tem
uma pressão igual a 1040 Torr a uma temperatura de 127oC. Completada a reação, a pressão cai
para 676 Torr, no mesmo volume e à mesma temperatura. Calcule o número de mols de hidrogênio
em excesso.
R = 62,3 Torr . L . K-1 . mol-1
Equação da reação: C2H4( g)
+
H2( g)
Pt
⎯⎯→
⎯
C2H6( g)
30.Certa massa m , em gramas, de hidrazina (N2H4) é colocada em um recipiente, previamente
evacuado, com 2,00 litros de capacidade. Em seguida, o sistema é aquecido a 327oC, ocorrendo a
reação:
x N2H4( g) → y N2( g) + z NH3( g) .
Após a conclusão da reação, a pressão no interior do recipiente é de 2,46 atmosferas, a 327oC.
Calcule:
(a) o valor de m ;
(b) a fração molar do N2 na mistura gasosa resultante ;
(c) a pressão parcial do NH3 na mistura gasosa resultante.
M.A. (u) : H = 1,0 ; N = 14,0 ; R = 0,0821 atm . L/(K . mol)
31. A reação global e teórica da conversão do óxido férrico (Fe2O3) em ferro metálico pelo carbono é
traduzida pela equação:
Fe2 O3 + 3 C → 2 Fe + 3 CO
Em uma experiência, em escala-piloto, a reação de 48,0 kg de Fe2O3 com 9,6 kg de C produziu
16,8 kg de Fe e 14,4 kg de FeO. Os outros componentes presentes no final da reação foram:
Fe2O3, C e CO.
Considerando a existência das seguintes reações parciais:
Fe2 O3 + C → 2 FeO + CO
FeO
+
C
→
Fe
+
CO ,
determine:
(a) o reagente limitante da reação;
(b) o rendimento percentual da transformação de Fe2O3 em Fe;
(c) a composição percentual, em massa, dos produtos finais;
(d) o volume de CO produzido, nas CNTP.
Dado: Volume molar (CNTP) = 22,4 L ⋅ mol-1.
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32.Na produção de manganês (Mn), 11,45 kg de Mn3O4 são aquecidos, num forno elétrico, com 3,00 kg
de coque (C). Após a reação constatou-se a presença de 4,40 kg de Mn, 2,84 kg de MnO, carbono
(C), CO e Mn3O4.
Determine:
(a) o reagente limitante;
(b) o rendimento da transformação do Mn3O4 em Mn;
(c) a composição percentual, em massa, dos produtos finais;
(d) o volume de CO produzido, nas CNTP.
Dado: Volume molar (CNTP) = 22,4 L ⋅ mol-1.
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