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Exercício Resolvido b Cálculo Estequiométrico com Três Reações Consecutivas

Industrialmente, o ácido nítrico é produzido pelo processo Ostwald, que pode ser representado pelo seguinte conjunto de equações químicas:


4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(l){{4NH_{3}}_{(g)} +{5O_{2}}_{(g)}→4NO_{(g)} +6{H_{2}O}_{(l)}} ; %GC=80%\%GC = 80\%

2NO(g)+O2(g)2NO2(g){2{NO}_{(g)} + {O_{2}}_{(g)} \rightarrow 2{NO_{2}}_{(g)}} ; %GC=70%\%GC = 70\%

2NO2(g)+H2O(l)HNO3(aq)+HNO2(aq){2{NO_{2}}_{(g)} + {H_{2}O}_{(l)} \rightarrow {HNO_{3}}_{(aq)} + {HNO_{2}}_{(aq)}} ; %GC=80%\%GC = 80\%



Sabendo-se que em um lote utilizou um excesso de 30%{30\%} de O2{O_{2}} na etapa 1{1} e 40%{40\%} de O2{O_{2}} na etapa 2{2} e que foram produzidos 100 kg{100\ kg} de ácido nítrico HNO3{HNO_{3}} a 65%{65\%} em massa, pede-se:


b. O volume total de O2O_{2} necessário na CNTP{CNTP}.

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Temos entrada de ar nas duas primeiras equações, tal que:




Sabemos que n=4,6 kmoln = 4,6\ kmol do item a. Logo, basta substituir esse valor na linha do excesso para o O2O_{2} e somar os valores das duas reações.


{nO2=541,3nnO2=121,4n0,8={nO2=7,475 kmolnO2=2,576 kmol\begin{cases}n_{O_{2}} = \frac{5}{4}\cdot1,3\cdot n\\ n_{O_{2}} = \frac{1}{2}\cdot1,4\cdot n\cdot 0,8\end{cases} = \begin{cases}n_{O_{2}} = 7,475\ kmol\\ n_{O_{2}} = 2,576\ kmol \end{cases}


Temos que o número de mols total é 10,05 kmol10,05 \ kmol .


Como 1 kmol1\ kmol ocupa um volume de 22,4 m322,4\ m^{3}, então:


1 kmol22,4 m31\ kmol \Leftrightarrow 22,4\ m^{3}

10,05 kmolV10,05\ kmol \Leftrightarrow V


V=225 m3V = 225\ m^{3}


Resposta esperada: 225 m3\boldsymbol{225\ m^{3}}.

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