Em muitos processos industriais e laboratoriais, a análise da transferência de energia entre sistema e vizinhança exige o uso da Primeira Lei da Termodinâmica. Considere um sistema fechado que sofre uma variação de energia interna (\( \Delta \)U) ao trocar energia com o meio.

Adotando a convenção de que o calor (Q) absorvido pelo sistema é positivo e o trabalho (W) realizado pelo sistema sobre a vizinhança é positivo, a expressão matemática correta para a Primeira Lei da Termodinâmica é:

Reações orgânicas são fundamentais na síntese de insumos para tratamento de efluentes e produção de polímeros. Um exemplo clássico é a reação entre um alceno e um haleto de hidrogênio (HX), que resulta na formação de um haleto de alquila saturado. Sob o ponto de vista cinético e mecanístico, essa transformação ocorre via:

O biogás gerado em estações de tratamento de esgoto (ETEs) é rico em metano (CH₄) e pode ser aproveitado energeticamente em caldeiras ou motogeradores. Para garantir a eficiência térmica e a segurança ambiental, é crucial calcular a quantidade correta de oxidante.

Considere a combustão completa de 100 kg de metano (CH₄) puro. A massa mínima teórica de oxigênio (O₂) necessária para queimar todo esse combustível é:

Dados:

Massas Molares (g/mol):

H = 1;

C = 12;

O = 16

O controle de pH é um parâmetro crítico no tratamento de efluentes industriais para garantir a conformidade com a Resolução CONAMA nº 430/2011. Em uma análise laboratorial, um engenheiro químico preparou uma solução aquosa de um ácido orgânico fraco monoprotônico (HA) com concentração inicial de 0,1 mol/L. Sabendo que a constante de ionização (Ka) desse ácido é 1,0 x 10^-5 a 25ºC e considerando a aproximação de que o grau de ionização é desprezível frente à concentração inicial, o pH dessa solução, a 25 ºC, é:

Em uma unidade industrial, um lote de efluente ácido contendo 196 kg de ácido sulfúrico (H₂SO₄) precisa ser neutralizado antes do descarte. Para esse procedimento, o engenheiro responsável adicionou ao tanque de tratamento uma carga de 200 kg de hidróxido de sódio (NaOH).

A reação de neutralização total ocorre conforme a equação balanceada a seguir:

H₂SO₄ + 2NaOH \( \rightarrow \) Na₂SO₄ + 2H₂O

Considerando que o rendimento da reação é de 100%, a massa de sulfato do sódio (Na₂SO₄) formada no processo será de:

Dados:

Massa Molares (g/mol)

H = 1;

O = 16;

Na = 23;

S = 32

A seleção de materiais metálicos para tanques e tubulações industriais exige o conhecimento da reatividade química frente aos fluidos transportados. Considere a seguinte fila de reatividade dos metais (em ordem decrescente):

Mg > Al > Zn > Fe > H > Cu > Ag > Au

Um engenheiro químico precisa armazenar uma solução aquosa residual rica em sulfato de cobre(II) (CuSO₄). No almoxarifado, há disponibilidade de tanques construídos inteiramente em ferro (Fe) e tanques revestidos internamente com prata (Ag). A solução encontra-se em meio neutro, sem acidez adicional. Com base na reatividade química apresentada, a decisão técnica correta é:

O tratamento de água e efluentes utiliza diversos polímeros como auxiliares de fioculação. Um dos monômeros mais importantes para a síntese desses polímeros é a acrilamida, cuja estrutura apresenta uma ligação dupla entre carbonos e um grupo funcional nitrogenado. Ao analisar a estrutura da acrilamida e de seus derivados, o engenheiro químico deve ser capaz de identificar as funções orgânicas presentes.

Apresenta a fórmula geral correta (onde R representa um grupo alquila) para o grupo funcional amida:

Em processos de tratamento de água e efluentes, diversas reações químicas atingem um estado no qual as concentrações das espécies permanecem constantes ao longo do tempo, mesmo com reagentes e produtos ainda presentes no sistema. Esse estado é denominado equilíbrio químico.

Considere a reação genérica homogênea representada a seguir:

\( aA +bB \rightleftharpoons cC + dD \)

De acordo com a Lei de Ação das Massas, a constante de equilíbrio (k_c) em termos concentrações , para o equilíbrio representado, é expressa corretamente por:

O enxofre é um elemento químico frequentemente monitorado em estações de tratamento de esgoto, pois seus compostos voláteis podem causar odores desagradáveis, além de participar de processos relacionados à formação de ácido sulfúrico. Considerando um átomo de enxofre neutro (Z = 16) em seu estado fundamental, a configuração eletrônica correta é representada por:

A correção de pH em estações de tratamento de água (ETAs) frequentemente utiliza a cal virgem (CaO), que reage com a água formando o hidróxido de cálcio, Ca(OH)₂. A soma dos menores números inteiros que balanceiam corretamente a equação que representa a reação descrita é: