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Cesgranrio · Transpetro · Profissional de Nível Médio Júnior, ênfase Dutos e Terminais · 2023 · questão 41

Cesgranrio Transpetro 2023 Química · Rendimento, pureza e reagente limitante também em Química · Mol, massa molar e leis ponderais

Questão 41

O dióxido de enxofre é um gás razoavelmente solúvel em água, sendo usado para a produção industrial de ácido sulfúrico. Uma matéria prima contendo enxofre elementar sofreu uma reação na presença de excesso de gás oxigênio, para formar 50.000 L do gás \(\mathrm{SO_{2}}\), medido nas condições normais de temperatura e pressão (CNTP) e assumindo comportamento ideal dos gases, como mostrado na reação abaixo. \[ \mathrm{S_{(s)}} + \mathrm{O_{2\,(g)}} \longrightarrow \mathrm{SO_{2\,(g)}} \] A reação do enxofre foi completa, e a massa da matéria prima era 80,0 kg.

A partir dessa informação, a percentagem, em massa, de enxofre elementar na matéria prima é, aproximadamente,

  • Dado
  • \(R = 0{,}082\) atm L mol\(^{-1}\) K\(^{-1}\)
Ver o gabarito oficial

Resposta da banca: E

Resolução comentada

Situar o problema antes de calcular.

O enunciado diz CNTP, mas o gabarito só fecha com 25 °C

Nas condições normais, 0 °C, o volume molar é 22,4 L e a pureza sai 89%, que não está entre as alternativas. O gabarito oficial, 82%, corresponde ao volume molar de 24,4 L, a 25 °C, o mesmo valor que a questão 43 desta prova fornece como R × T. A resolução abaixo adota 25 °C para chegar à alternativa oficial.

Conferido nesta resolução com os dois volumes molares. Não localizamos registro de recurso ou de alteração do gabarito da questão.

Assunto

Estequiometria — pureza de uma matéria-prima a partir do volume de gás produzido.

Objetivo

Achar a percentagem em massa de enxofre em 80,0 kg de matéria-prima que produziu 50.000 L de SO₂. O que está em jogo é ir do volume de gás ao número de mols pela equação dos gases, e daí à massa de enxofre pela proporção 1 para 1 da reação.

Conceitos para revisar

Equação dos gases ideais

Para um gás ideal, pressão vezes volume é o número de mols vezes a constante vezes a temperatura absoluta. Dado o volume nas condições da medida, ela devolve os mols.

\[p\,V = n\,R\,T\]
\(p\)pressão, em atm
\(V\)volume, em L
\(n\)número de mols
\(R\)0,082 atm L mol⁻¹ K⁻¹
\(T\)temperatura em kelvin

Proporção da reação

Um átomo de enxofre dá uma molécula de SO₂. Os mols de gás produzidos são os mols de enxofre que reagiram, e a reação foi completa.

\[\mathrm{S} + \mathrm{O_{2}} \rightarrow \mathrm{SO_{2}} \qquad n_{\mathrm{S}} = n_{\mathrm{SO_{2}}}\]
\(n_{\mathrm{S}}\)mols de enxofre
\(n_{\mathrm{SO_{2}}}\)mols de dióxido de enxofre

Pureza

Massa do que interessa dividida pela massa total da matéria-prima. O resto são impurezas que não reagiram.

\[\text{pureza} = \dfrac{m_{\mathrm{S}}}{m_{\text{total}}} \times 100\%\]
\(m_{\mathrm{S}}\)massa de enxofre, mols vezes 32 g/mol
\(m_{\text{total}}\)80,0 kg

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