Obtenció industrial de l’àcid clorhídric a partir de NaCl i H₂SO₄

L’àcid clorhídric s’obté industrialment escalfant clorur de sodi amb àcid sulfúric concentrat.

a) Formula i ajusta la reacció que té lloc.
b) Quants quilograms d’àcid sulfúric d’una concentració del 90 % en pes es necessiten per produir 100 kg d’àcid clorhídric concentrat al 35 % en pes?
c) Quants quilograms de clorur de sodi s’empren per cada tona de sulfat de sodi obtingut com a subproducte?

Dades:
Masses atòmiques: H = 1, O = 16, Na = 23, S = 32, Cl = 35,5

a) Reacció ajustada:

$$\boxed{2NaCl + H_2SO_4 \longrightarrow 2HCl + Na_2SO_4}$$

b) Quants kg d’àcid sulfúric al 90% en pes es necessiten per obtenir 100 kg d’HCl al 35%?

1. Determinem la massa d’HCl pur:

$$100\ \text{kg HCl al 35%} \times \frac{35}{100} = 35\ \text{kg HCl pur}$$

2. Passem a grams i a mols d’HCl:

$$35\ \text{kg} \times \frac{1000\ \text{g}}{1\ \text{kg}} \times \frac{1\ \text{mol}}{36{,}5\ \text{g}} = 958{,}9\ \text{mol HCl}$$

3. Relació molar (reacció):

$$\frac{1\ \text{mol H}_2\text{SO}_4}{2\ \text{mol HCl}} \Rightarrow 958{,}9\ \text{mol HCl} \times \frac{1\ \text{mol H}_2\text{SO}_4}{2\ \text{mol HCl}} = 479{,}45\ \text{mol H}_2\text{SO}_4$$

4. Passem a massa d’àcid sulfúric pur:

$$479{,}45\ \text{mol} \times \frac{98\ \text{g}}{1\ \text{mol}} = 46\,976\ \text{g} = 46{,}98\ \text{kg}$$

5. Convertim a àcid sulfúric al 90%:

$$46{,}98\ \text{kg} \times \frac{100}{90} = \boxed{52{,}2\ \text{kg d’H}_2\text{SO}_4\ al 90\%}$$

c) Quants kg de NaCl es necessiten per obtenir 1 tona (1000 kg) de sulfat de sodi?

1. Passem a grams i a mols de Na₂SO₄:

$$1000\ \text{kg} \times \frac{1000\ \text{g}}{1\ \text{kg}} = 1\,000\,000\ \text{g}$$ $$1\,000\,000\ \text{g} \times \frac{1\ \text{mol}}{142\ \text{g}} = 7042{,}25\ \text{mol Na}_2\text{SO}_4$$

2. Relació molar:

$$\frac{2\ \text{mol NaCl}}{1\ \text{mol Na}_2\text{SO}_4} \Rightarrow 7042{,}25\ \text{mol} \times 2 = 14\,084{,}5\ \text{mol NaCl}$$

3. Passem a grams i després a kg:

$$14\,084{,}5\ \text{mol} \times \frac{58{,}5\ \text{g}}{1\ \text{mol}} = 823\,939\ \text{g} = \boxed{823{,}9\ \text{kg de NaCl}}$$