Em um processo de fabricação de cloro por oxidação direta do HCl com ar sobre um catalisador, para formar
e
, a corrente de saída é composta por
e
. Pede-se determinar: a) O reagente limite; b) O percentual em excesso do outro reagente; e c) A conversão da reação.
Passo 1
Vamos resolver um exercício de química que trata da produção de cloro (
) por meio da oxidação direta do ácido clorídrico (
) com ar, usando um catalisador. Precisamos determinar:
a) O reagente limitante;
b) O percentual de excesso do outro reagente;
c) A conversão da reação.
b) O percentual de excesso do outro reagente;
c) A conversão da reação.
Para isso, vamos utilizar conceitos de estequiometria, que nos ajudam a entender as relações quantitativas entre os reagentes e produtos em uma reação química.
Passo 2
Primeiro, precisamos escrever a equação balanceada da reação química. A reação de oxidação direta do
com
para formar
e
pode ser representada da seguinte forma:
Essa equação balanceada nos mostra as proporções em que os reagentes se combinam e formam os produtos.
Passo 3
Em seguida, vamos supor que temos uma certa quantidade de matéria no processo. Como as porcentagens são dadas em massa, consideraremos um total de 100 kg de mistura para facilitar os cálculos. Assim, temos:
- 4,4 kg de
- 4,0 kg de
- 19,8 kg de
- 19,8 kg de
- 52,0 kg de
Vamos nos concentrar apenas nos reagentes e produtos relevantes para identificar o reagente limitante e calcular o excesso.
Passo 4
Agora, calculamos as mols de cada reagente disponível. Primeiro, precisamos das massas molares:
- Massa molar de
: aproximadamente 36,46 g/mol - Massa molar de
: aproximadamente 32,00 g/mol
Convertendo as massas para mols:
Passo 5
Segundo a equação balanceada, a relação molar entre
e
é de 4:1. Isso significa que para cada 4 mols de
, precisamos de 1 mol de
. Vamos verificar qual reagente está limitando a reação.
Calculamos a quantidade de
necessária para reagir com 120.7 mols de
:
Como temos 125.0 mols de
disponíveis, que é muito maior que os 30.2 mols necessários, o
está em excesso. Portanto, o
é o reagente limitante.
Passo 6
Agora, vamos calcular o percentual de excesso do
. Primeiro, determinamos quanto de
foi realmente consumido na reação:
A quantidade disponível era de 125.0 mols, então:
Agora, calculamos o percentual de excesso em relação à quantidade consumida:
Passo 7
Por fim, vamos determinar a conversão da reação. A conversão é a fração ou percentual de um reagente que foi transformado em produto. Como o
é o reagente limitante e todo ele foi consumido na reação (pois é o limitante), a conversão dele é de 100%. Mas se quisermos considerar a eficiência da reação ou utilizar outra base, precisaríamos de mais informações específicas sobre o processo.
Resposta
a) O reagente limitante é o
.
b) O
está em excesso com aproximadamente 314% de excesso.
c) A conversão da reação é de 100%.