O processo Deacon converte HCl gasoso a Cl2 de acordo com a equação: 4 HCl+O2 2 Cl2+2 H2 O
Volumes iguais de HCl e ar são alimentados ao reator. O produto (gasoso) é lavado com água para remover o HCl não reagido e passa por um secador, após a qual contém 2,0 % vol de O2. Calcule a conversão de HCl no reator.

Passo 1

Beleza, vamos começar entendendo o que a questão está pedindo. Temos uma reação química onde o gás HCl reage com O₂ para formar Cl₂ e H₂O. A equação balanceada é:
4 HCl + O2 2 Cl2 + 2 H2O
A gente alimenta volumes iguais de HCl e ar no reator. Depois, o produto passa por um processo de lavagem e secagem, e sobra 2,0% de O₂ no gás final. Nosso objetivo é calcular a conversão de HCl no reator, ou seja, quanto do HCl inicial foi convertido na reação.
Para isso, vamos precisar usar conceitos de estequiometria das reações químicas e o princípio de conservação de massa dos gases.

Passo 2

Primeiro, vamos considerar que volumes iguais de HCl e ar são alimentados. Como o ar é principalmente composto de N₂ e O₂, vamos focar no O₂, já que é o reagente que reage com o HCl.
Vamos assumir que temos 100 unidades de volume de HCl e 100 unidades de volume de ar para facilitar os cálculos.

Passo 3

Sabendo que o ar é aproximadamente 21% de O₂, podemos calcular a quantidade de O₂ presente nos 100 unidades de ar:
Volume de O2 no ar = 100 times 0,21 = 21 unidades
Então, temos 21 unidades de O₂ alimentadas no reator.

Passo 4

Agora, vamos considerar a estequiometria da reação:
4 HCl + O2 2 Cl2 + 2 H2O
Isso significa que para cada 1 unidade de O₂, são consumidas 4 unidades de HCl.
Como temos 21 unidades de O₂, a quantidade de HCl necessária para reagir totalmente seria:
HCl necessária = 21 times 4 = 84 unidades á

Passo 5

Mas, inicialmente, temos 100 unidades de HCl. Se apenas 84 unidades reagem, então a quantidade de HCl não reagido é:
HCl não reagido = 100 - 84 = 16 unidades ã
A conversão de HCl é a fração do HCl inicial que reagiu:
Conversão de HCl = ( 84100 ) times 100% = 84% ã

Passo 6

Contudo, a questão menciona que após a lavagem e secagem, o gás contém 2,0% de O₂. Isso indica que nem todo O₂ foi consumido na reação. Vamos considerar isso para ajustar nossa conversão.
Se 2,0% do gás final é O₂, então a porcentagem de O₂ que reagiu é:
O2 reagido = 21 - 2 = 19 unidades
Portanto, a quantidade de HCl que realmente reagiu é:
HCl reagido = 19 times 4 = 76 unidades

Passo 7

Agora, recalculamos a conversão de HCl com base nesses valores ajustados:
Conversão de HCl = ( 76100 ) times 100% = 76% ã

Resposta

A conversão de HCl no reator é de 76%.

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