Um método comum usado na manufatura do alvejante hipoclorito de sódio é dado pela reação
\mathrm{Cl}_{2}+2 \mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{NaCl}+\mathrm{NaClO}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}
O gás cloro é borbulhado através da solução aquosa de hidróxido de sódio; em seguida, o produto desejado é separado da solução de cloreto de sódio (um subproduto da reação). Uma solução aquosa de NaOH , que contém 1202 lbm de NaOH puro, reage com 851 lbm de cloro gasoso. A massa de NaClO formado é igual a 608 lbm .
a) Qual é o reagente limitante?
b) Qual foi a porcentagem usada em excesso do outro reagente?
c) Qual a conversão da reação?
d) Qual é o rendimento (em base mássica) de NaClO pela quantidade de gás cloro alimentado?
Dados: Massas molares: \mathrm{Cl}_{2}=71 \mathrm{~g} / \mathrm{mol} ; \mathrm{NaOH}=40 \mathrm{~g} / \mathrm{mol} ; \mathrm{NaCl}=58,5 \mathrm{~g} / \mathrm{mol} ; \mathrm{NaClO}=74,5 \mathrm{g} / \mathrm{mol} ; \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}=18 \mathrm{~g} / \mathrm{mol}

Passo 1

O enunciado descreve a reação
\mathrm{Cl}_{2} + 2\,\mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{NaCl} + \mathrm{NaClO} + \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}
Temos 1202 lbm de NaOH e 851 lbm de C l_{2}, e obtivemos 608 lbm de NaClO. Precisamos determinar:
a) reagente limitante;
b) porcentagem em excesso do outro reagente;
c) conversão da reação;
d) rendimento (base mássica) de NaClO em função da massa de C l_{2} alimentado.

Passo 2

Convertendo as massas em mols (1 lbm =453,592 g):
n_{\mathrm{Cl}_{2}} = \frac{851 \times 453{,}592}{71} \approx 5\,439\text{ mol}
n_{\mathrm{NaOH}} = \frac{1202 \times 453{,}592}{40} \approx 13\,645\text{ mol}
n_{\mathrm{NaClO,\;formado}} = \frac{608 \times 453{,}592}{74{,}5} \approx 3\,701\text{ mol}

Passo 3

Para consumir totalmente 5\,439 mol de C l_{2} seriam necessários
2 \times 5\,439 = 10\,878\text{ mol de NaOH},
e temos 13\,645 mol de NaOH, logo o \mathrm{Cl}_{2} é o reagente limitante.

Passo 4

Calculamos quantos mols de NaOH realmente reagiram e ficaram em excesso:
n_{\mathrm{NaOH,\;reagido}} = 2 \times n_{\mathrm{NaClO,\;formado}} = 2 \times 3\,701 = 7\,402\text{ mol}
n_{\mathrm{NaOH,\;excesso}} = 13\,645 - 7\,402 = 6\,243\text{ mol}
A porcentagem em excesso é
\frac{n_{\mathrm{excesso}}}{n_{\mathrm{requerido}}}\times100 = \frac{6\,243}{7\,402}\times100 \approx 84{,}4\%\,.

Passo 5

A conversão da reação (fração de \mathrm{Cl}_{2} consumido) é
\text{conversão} = \frac{n_{\mathrm{Cl}_{2}\,\text{reagido}}}{n_{\mathrm{Cl}_{2}\,\text{alimentado}}}\times100 = \frac{3\,701}{5\,439}\times100 \approx 68{,}1\%\,.ã

Passo 6

O rendimento em base mássica de NaClO, tomando a massa de C l_{2} alimentado como referência, é
\text{rendimento} = \frac{608\text{ lbm}}{851\text{ lbm}}\times100 \approx 71{,}4\%\,.

Resposta

a) O reagente limitante é o \mathrm{Cl}_{2}.
b) A porcentagem em excesso de NaOH é aproximadamente 84{,}4\%.
c) A conversão da reação é aproximadamente 68{,}1\%.
d) O rendimento mássico de NaClO em relação ao C l_{2} alimentado é aproximadamente 71{,}4\%.

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