O cloro gasoso (
) é extensivamente utilizado em processos químicos. No entanto, esse composto é tóxico e, mesmo em pequenas quantidades, pode provocar sérias lesões e até mesmo a morte. Nesse sentido, as legislações ambientais têm adotado limites altamente restritivos para a emissão de
, de modo que são necessários processos para recuperação do cloro não reagido. Entre os métodos disponíveis, há a absorção reativa do
em spray de solução aquosa alcalina. A equação abaixo representa a reação homogênea em fase líquida em um reator batelada entre cloro (B) e hidróxido de sódio (A), produzindo hipoclorito de sódio ©, água (D) e cloreto de sódio (E):
Admitindo-se que a taxa de transferência de massa entre o gás e as gotas de solução alcalina é suficientemente elevada; assumindo que a reação química é o mecanismo controlador do processo e a concentração dos reagentes não varia com o espaço no interior das gotas, avalie as afirmações a seguir. Se necessário, considere que
.
I. A velocidade de decomposição de B é o dobro da velocidade de decomposição de A.
II. Considerando que a reação é elementar, pode-se expressar a velocidade global como
.
III. A utilização de um método de pulverização mais eficiente, capaz de produzir gotas de solução alcalina com diâmetro menor, favorece a velocidade da reação.
IV. Se A for mantido em excesso no meio reacional, assumindo que a constante de velocidade vale
, a concentração inicial de B na fase líquida é reduzida pela metade em
.
V. A contínua remoção de C e E aumenta a velocidade de reação.
É correto apenas o que se afirma em
(A) I e II.
(B) I e V.
© I e IV.
(D) III e IV.
(E) III e V.
Admitindo-se que a taxa de transferência de massa entre o gás e as gotas de solução alcalina é suficientemente elevada; assumindo que a reação química é o mecanismo controlador do processo e a concentração dos reagentes não varia com o espaço no interior das gotas, avalie as afirmações a seguir. Se necessário, considere que
I. A velocidade de decomposição de B é o dobro da velocidade de decomposição de A.
II. Considerando que a reação é elementar, pode-se expressar a velocidade global como
III. A utilização de um método de pulverização mais eficiente, capaz de produzir gotas de solução alcalina com diâmetro menor, favorece a velocidade da reação.
IV. Se A for mantido em excesso no meio reacional, assumindo que a constante de velocidade vale
V. A contínua remoção de C e E aumenta a velocidade de reação.
É correto apenas o que se afirma em
(A) I e II.
(B) I e V.
© I e IV.
(D) III e IV.
(E) III e V.
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada nesse exercício sobre química! A questão fala sobre a reação entre hidróxido de sódio (NaOH) e cloro gasoso (Cl₂) para formar hipoclorito de sódio (NaOCl), água (H₂O) e cloreto de sódio (NaCl). A gente precisa analisar cinco afirmações sobre a velocidade dessa reação e ver quais estão corretas. Para isso, vamos usar conceitos de cinética química, que estuda como as reações acontecem e quão rápido.
Passo 2
Vamos analisar a primeira afirmação:
I. A velocidade de decomposição de B é o dobro da velocidade de decomposição de A.
Na equação da reação:
Note que 2 mols de A (NaOH) reagem com 1 mol de B (Cl₂). Isso significa que para cada mol de Cl₂ que consome, 2 mols de NaOH são consumidos. Logo, a velocidade de decomposição de B é metade da velocidade de decomposição de A, não o dobro. Portanto, a afirmação I está errada.
Passo 3
Agora, vamos para a segunda afirmação:
II. Considerando que a reação é elementar, pode-se expressar a velocidade global como
.
Uma reação elementar é aquela que ocorre em um único passo e a lei de velocidade pode ser diretamente derivada dos coeficientes estequiométricos. Na equação, temos 2 mols de A e 1 mol de B reagindo. Então, a velocidade seria proporcional a
. Portanto, a afirmação II está correta.
Passo 4
Vamos para a terceira afirmação:
III. A utilização de um método de pulverização mais eficiente, capaz de produzir gotas de solução alcalina com diâmetro menor, favorece a velocidade da reação.
Dropar a solução em gotas menores aumenta a área de superfície de contato entre o gás e o líquido, o que melhora a transferência de massa. Com mais área disponível, as moléculas reagem mais rapidamente. Portanto, afirmar que isso favorece a velocidade da reação está correto.
Passo 5
Agora, a quarta afirmação:
IV. Se A for mantido em excesso no meio reacional, assumindo que a constante de velocidade vale
, a concentração inicial de B na fase líquida é reduzida pela metade em
.
Se A está em excesso, a reação se comporta como de primeira ordem em relação a B. A equação para uma reação de primeira ordem é:
Queremos que
seja metade de
:
Substituindo
:
Então, a afirmação IV está correta.
Passo 6
Por fim, a quinta afirmação:
V. A contínua remoção de C e E aumenta a velocidade de reação.
Remover os produtos C (NaOCl) e E (NaCl) desloca a reação segundo o Princípio de Le Chatelier, aumentando a taxa de formação dos produtos para compensar a remoção. Isso efetivamente aumenta a velocidade da reação. Portanto, a afirmação V está correta.
Resposta
As afirmações II, III, IV e V estão corretas. Porém, nenhuma das opções apresentadas corresponde exatamente a esse conjunto. Observando as opções:
(A) I e II. Errado
(B) I e V. Errado
© I e IV. Errado
(D) III e IV. Correto
(E) III e V. Correto
(B) I e V. Errado
© I e IV. Errado
(D) III e IV. Correto
(E) III e V. Correto
Como as afirmações corretas incluem III, IV e V, mas a opção (E) inclui apenas III e V, a melhor resposta entre as disponíveis é a opção (E) III e V.
Exercícios relacionados
Para cada afirmativa a seguir determine se é verdadeira ou falsa.
y) Ao colocar água para ferver o uso de um misturador aumenta a troca de calor.
y) Ao colocar água para ferver o uso de um misturador aumenta a troca de calor.
Para cada afirmativa a seguir determine se é verdadeira ou falsa.
t) A condutividade térmica de um material é independente da sua geometria.
t) A condutividade térmica de um material é independente da sua geometria.
O coeficiente convectivo em um processo de convecção é de
. Qual a diferença de temperatura entre uma superfície que absorve
na forma decolar e o ambiente que sede o calor?
O etilenoglicol é um produto de interesse para a indústria química. Suas principais aplicações são como anticongelante e como matéria-prima na produção de fibras de poliéster. O etilenoglicol é produzido pela hidrólise do óxido de etileno, segundo a reação:
Uma empresa produz etilenoglicol em um reator, que opera a
, por meio da reação de hidrólise do óxido de etileno catalisado por ácido sulfúrico, com excesso de água no meio reacional. Sabe-se que a reação é de primeira ordem em relação ao óxido de etileno e que a conversão do óxido de etileno é de 70%. A vazão de alimentação do reator é
e a velocidade específica da reação (k) é
. No reator usado para esta reação, a concentração de um dado componente não varia com o tempo e também não varia no espaço (em função da posição dentro do reator). Dados:
vazão molar de A na entrada do reator (
);
conversão de A ;
concentração molar de A na entrada do reator (mol/L);
equação da velocidade da reação
volume do reator (L);
vazão volumétrica na entrada do reator (L/min);
Reator CSTR:
; Reator PFR:
. Se for necessário calcular
(y), use a equação apresentada e aproxime truncando no segundo termo da série:
Com os dados apresentados, conclui-se que o tipo de reator usado por essa empresa para produzir o etilenoglicol e o volume aproximado desse reator são, respectivamente,
(A) PFR e
(B) CSTR e V = 7778 L
© CSTR e V = 3333 L
(D) PFR e V = 1150 L
(E) PFR e V
(A) PFR e
(B) CSTR e V = 7778 L
© CSTR e V = 3333 L
(D) PFR e V = 1150 L
(E) PFR e V