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.

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
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.

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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