Question

3) El ácido fluorhídrico HF, se utiliza para el grabado de vidrio y como catalizador en la producción de gasolina. Su obtención es a partir de su sal, fluoruro de calcio CaF2, con ácido sulfúrico H2SO4, de acuerdo a la reacción que a continuación se indica. Si se hacen reaccionar 1 kg de un mineral que contiene CaF2 al 50% P, con 1 L de ácido sulfúrico al 60 %V, cuya densidad es 1. 5 g/cm3, siendo la eficiencia de la reacción del 60%. Determine:

1) La cantidad en gramos que se producen de CaSO4
2) El peso, en gramos, de HF producido
3) El volumen, en L, a CNPT que ocupa el HF producido4) Indique el reactivo limitante y el reactivo en exceso
4) Indique el reactivo limitante y el reactivo en exceso
5) El peso total del reactivo en exceso que no reacciono.

Answer 1

a) La cantidad en gramos de sulfato de calcio  $CaSO_{4}$ es 778.8 g

b) La masa en gramos de HF es 229.07 g

c) El volumen de HF es 256.27 L

d) El reactivo limitante es el $CaF_{2}$. El reactivo en exceso es el ácido sulfúrico $H_{2} SO_{4}$

d) El peso del ácido sulfúrico en exceso es 374.27 g

¿Cómo se obtiene el ácido fluorhídrico?

Por medio de, una operación continua con calentamiento indirecto. Se obtiene reaccionando el fluoruro de calcio con el ácido sulfúrico concentrado. El HF es uno de los ácidos más peligrosos, por lo cual se requiere extrema precaución en su manipulación.

¿Cuál es la reacción de obtención del HF?

$CaF_{2} + H_{2} SO{4} ----- 2 HF + Ca SO_{4}$

Se utiliza la fórmula de pureza y la de eficiencia de la reacción. Se emplea la fórmula de densidad para hallar la masa de ácido. Se determina el reactivo limitante para conocer la eficiencia de la reacción.

datos

$m CaF_{2} =$  1000 g *0.5 = 500 g

V ácido= 1 L

%V= 60%= 60 mL acido/ 100 mL solución

60 mL acido ---- 100 mL solución

   x mL acido ---- 1000 mL SOLUCIÓN

mL ácido= 60*1000/100= 600 mL

∧= m/ V

m= ∧ * V

masa de ácido

$m acido= 1.56 g/ mL *600 mL = 936 g\\\\moles acido= \frac{936 g}{98.079 g/mol} = 9.54 mol$      

Relación estequiométrica

1 mol acido ------- 1 mol $CaSO_{4}$

9.54 mol  --------     x mol sal

$mol CaSO_{4} = \frac{9.54 mol * 1 mol}{1 mol} = 9.54 mol\\m CaSO_{4} = 9.54 mol * 136.14 g/ mol= 1298.8 g$

m CaSO4 real= 1298 g*0.6= 778.8 g

b) peso en gramos de $H{} F$ producido

1 mol a. sulfurico ------ 2 mol $H_{} F$

9.54 mol sulfurico-----    x mol

$mol H_{} F = \frac{9.54 mol*2 mol}{1 mol} = 19.08 mol\\\\m H{} F = 19.08 mol * 20.01 g/ mol = 381.79 g$

m real de HF= 381.79 *.60= 229.07 g

c) Volumen HF en condiciones normales

p= 1 atm

T= 273 K

n= 19.08 mol

despejando de la ecuación de estado

V= nRT/p

$V= \frac{19.08 mol *0.082 atm L/K mol *273 K}{1 atm} = 427.12 L$

V real = 427.12 *.6 = 256.27 L

d) reactivo limitante

mol Ca$F_{2}$ = m/PM

PM= 78.07 g/mol

$mol CaF_{2} = \frac{500 g}{78.07 g/ mol} = 6.40 mol$

El reactivo limitante es el CaF2 porque,  la estequiometria indica que se necesita un mol de cada uno, por lo cual de ácido sulfúrico  se requerirán 6.40 mol para eficiencia 100%

AFECTADO POR LA EFICIENCIA REACCIÓN

moles a. sulfúrico  = 9.54 mol *0.6= 5.724 mol

$mol acido sulf. sobrante= 9.54 mol -6.40 mol =3.14 mol\\\\m acido sulf. sobrante= 3.14 mol * 98.079 g/ mol = 307.94 g$

Como la eficiencia de la reacción es el 60%

Los moles verdaderos de ácido sulfúrico gastado es 9.54 *0.6= 5.724 mol

Por lo cual, quedan 9.54 mol -5.724 mol= 3.816 mol

m= 3.816*98.08= 374.27 g

moles verdaderos de CaF2= 5.72          

La masa del reactivo que no reacciono es 374.27 g