Em um processo de fabricação de cloro por oxidação direta do HCl com ar sobre um catalisador, para formar Cl2 e H2 O, a corrente de saída é composta por 4,4 % HCl, 19,8 % Cl2, 19,8 % H2 O, 4,0 % O2 e 52 % N2. 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 ( Cl2) por meio da oxidação direta do ácido clorídrico ( HCl) com ar, usando um catalisador. Precisamos determinar:
a) O reagente limitante;
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 HCl com O2 para formar Cl2 e H2O pode ser representada da seguinte forma:
4,HCl + O2 2,Cl2 + 2,H2O
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 HCl
  • 4,0 kg de O2
  • 19,8 kg de Cl2
  • 19,8 kg de H2O
  • 52,0 kg de N2
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 HCl: aproximadamente 36,46 g/mol
  • Massa molar de O2: aproximadamente 32,00 g/mol
Convertendo as massas para mols:
Mols de HCl = 4.4,kg36.46,g/mol times 1000,g/kg approx 120.7,mol
Mols de O2 = 4.0,kg32.00,g/mol times 1000,g/kg approx 125.0,mol

Passo 5

Segundo a equação balanceada, a relação molar entre HCl e O2 é de 4:1. Isso significa que para cada 4 mols de HCl, precisamos de 1 mol de O2. Vamos verificar qual reagente está limitando a reação.
Calculamos a quantidade de O2 necessária para reagir com 120.7 mols de HCl:
Mols necessários de O2 = 120.7,mol4 = 30.2,mol á
Como temos 125.0 mols de O2 disponíveis, que é muito maior que os 30.2 mols necessários, o O2 está em excesso. Portanto, o HCl é o reagente limitante.

Passo 6

Agora, vamos calcular o percentual de excesso do O2. Primeiro, determinamos quanto de O2 foi realmente consumido na reação:
Mols consumidos de O2 = 30.2,mol
A quantidade disponível era de 125.0 mols, então:
Mols em excesso = 125.0,mol - 30.2,mol = 94.8,mol
Agora, calculamos o percentual de excesso em relação à quantidade consumida:
Percentual de excesso = ( 94.830.2 ) times 100% approx 313.9%

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 HCl 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 HCl.
b) O O2 está em excesso com aproximadamente 314% de excesso.
c) A conversão da reação é de 100%.

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