Uma unidade experimental de redução de minério avalia a produção de ferro usando a reação balanceada Fe2O3 + 3…

Questão

Uma unidade experimental de redução de minério avalia a produção de ferro usando a reação balanceada Fe2O3 + 3 H2 -> 2 Fe + 3 H2O. No ensaio de referência, 160 kg de Fe2O3 reagem com 6 kg de H2. Uma falha no fornecimento reduz a quantidade de H2 disponível para 4 kg, enquanto a massa de Fe2O3 permanece em 160 kg. Considere as massas molares Fe2O3 = 160 kg/kmol, H2 = 2 kg/kmol e Fe = 56 kg/kmol, e suponha que a reação seja completa até o consumo do reagente limitante. Determine, em cada ensaio, se há reagente limitante (e qual é) e a massa máxima de ferro produzida. Em seguida, explique como a redução do fornecimento de H2 causa a mudança na produção e calcule a massa de Fe2O3 que permanece sem reagir no ensaio afetado.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

No ensaio de referência, 160 kg de Fe2O3 correspondem a 1 kmol, e 6 kg de H2 correspondem a 3 kmol. As quantidades estão na proporção estequiométrica da reação; nenhum reagente fica em excesso, e podem ser produzidos 2 kmol de Fe, equivalentes a 112 kg. No ensaio afetado, há 1 kmol de Fe2O3 e 2 kmol de H2. Para consumir 1 kmol de Fe2O3 seriam necessários 3 kmol de H2, portanto o H2 é o reagente limitante. Os 2 kmol de H2 produzem 4/3 kmol de Fe, correspondentes a 74,7 kg. Essa redução de 1 kmol de H2 em relação ao ensaio de referência causa uma diminuição de 37,3 kg na massa máxima de ferro. A quantidade de Fe2O3 consumida é 2/3 kmol; assim, permanece sem reagir 1/3 kmol, ou aproximadamente 53,3 kg de Fe2O3.

Explicação

A equação exige 3 mol de H2 para cada mol de Fe2O3 e produz 2 mol de Fe. No ensaio afetado, 2 kmol de H2 só conseguem reagir com 2/3 kmol de Fe2O3; por isso o hidrogênio limita a reação, reduz a produção de ferro e deixa o restante do óxido sem reagir.

Raio-X da questão

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