Durante a produção em uma empresa, um reator foi carregado com 25,0 \mathrm{~kg} de bicarbonato de sódio \left(\mathrm{NaHCO}_{3}\right), com pureza de 90 \%, e 40 L de solução HCl 2,0 \mathrm{~mol} / \mathrm{L}. Após a reação, verificou-se um rendimento de 75 %. Calcule:
I. a massa de cloreto de sódio ( NaCl ) formada.
II. o volume de gás carbônico ( \mathrm{CO}_{2} ) produzido ( 25^{\circ} \mathrm{C}, 1 \mathrm{~atm} ), sabendo que apenas 65 \% do gás pode ser recolhido.
\mathrm{NaHCO}_{3}+\mathrm{HCl} \longrightarrow \mathrm{NaCl}+\mathrm{CO}_{2}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}
a) 4,38 \mathrm{~kg} de NaCl e 1172,3 \mathrm{~L} de \mathrm{CO}_{2}
b) 3,51 \mathrm{~kg} de NaCl e 954,6 \mathrm{~L} de \mathrm{CO}_{2}
c) 3,20 \mathrm{~kg} de NaCl e 1104,5 \mathrm{~L} de \mathrm{CO}_{2}
d) 2,89 \mathrm{~kg} de NaCl e 841,2 \mathrm{~L} de \mathrm{CO}_{2}
e) 4,02 \mathrm{~kg} de NaCl e 1023,0 \mathrm{~L} de \mathrm{CO}_{2}

Passo 1

O enunciado dá as massas e concentrações dos reagentes, informa a pureza do bicarbonato e o rendimento global da reação, e pede
1) a massa de NaCl formada e
2) o volume de C O_{2} coletado a 25\circC e 1 atm, sabendo que só 65 % do gás é recuperado.
O conteúdo envolvido é estequiometria (reagente limitante e rendimento) e gás ideal (P V=nRT).

Passo 2

Calcular moles de cada reagente e identificar o limitante.
Massa efetiva de NaHC O_{3}:
25,0\,\mathrm{kg}\times0,90=22,5\,\mathrm{kg}=22\,500\,\mathrm{g}
Moles de NaHC O_{3}:
n(\mathrm{NaHCO}_3)=\frac{22\,500\,\mathrm{g}}{84,0\,\mathrm{g/mol}}\approx268\,\mathrm{mol}
Moles de HCl:
n(\mathrm{HCl})=40\,\mathrm{L}\times2,0\,\mathrm{mol/L}=80\,\mathrm{mol}
Como 80<268, o reagente limitante é o HCl.

Passo 3

Calcular massa de NaCl considerando o rendimento de 75 %.
Estequiometricamente 1 mol de HCl gera 1 mol de NaCl, logo o máximo é
80\,\mathrm{mol}
com rendimento de 75 %:
n(\mathrm{NaCl})=80\times0,75=60\,\mathrm{mol}.
Massa de NaCl ( M=58,44\,\mathrm{g/mol}):
m(\mathrm{NaCl})=60\,\mathrm{mol}\times58,44\,\mathrm{g/mol}=3\,506{,}4\,\mathrm{g}\approx3,51\,\mathrm{kg}.

Passo 4

Calcular volume de C O_{2} coletado.
Estequiometricamente cada mol de HCl também gera 1 mol de C O_{2}, então, com rendimento de 75 %:
n(\mathrm{CO_{2}})=80\times0,75=60\,\mathrm{mol}.
Apenas 65 % é recolhido:
n_{\rm coletado}=60\times0,65=39\,\mathrm{mol}.
Pela lei dos gases ideais ( T=25\,^\circ\mathrm{C}=298{,}15\,\mathrm{K}, P=1\,\mathrm{atm}, R=0,08206\,\mathrm{L\cdotatm/(mol\cdotK)}):
V=\frac{nRT}{P}=\frac{39\times0,08206\times298{,}15}{1}\approx954{,}6\,\mathrm{L}.

Resposta

b) 3,51\,\mathrm{kg} de NaCl e 954,6\,\mathrm{L} de \mathrm{CO}_{2}

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