Cálculo de Reatores

Questão 01 100 pt Para a reação 2A3BC4D2F a velocidade de consumo de A é de 5molsLmin Qual é a velocidade de desaparecimento de B a 85 b 75 c 25 d 30 e Nenhuma das alternativas Questão 02 100 pt A reação de formação do ácido iodídrico foi estudada por Max Bodenstein em 1897 Os resultados encontrados pelo mesmo estão dados na tabela a seguir onde T é a temperatura em Kelvin e k1 e k2 são respectivamente as constantes de velocidade da reação direta e da reação inversa dados em cm3mols T K k1 k2 300 204 x 1016 224 x 1019 500 214 x 104 166 x 106 700 302 x 101 550 x 101 Determine a ordem da reação Questão 03 100 pt A reação homogênea de segunda ordem em fase gasosa A R S ocorre em um reator batelada a volume constante e a uma pressão inicial é 1atm Experimentos realizados a 791 K encontraram uma conversão de 50 de A após 197s de reação Desejase produzir 2000 kgdia de mistura reacional com uma conversão de 85 de A a 791 K Dados A massa específica média da mistura é 30 kgm3 Tempo de carga descarga e limpeza 30 min Dia de Produção 8 horas Quantas bateladas são produzidas por dia e qual a carga de cada batelada a 11 bateladas e 2222 kgbatelada b 5 bateladas e 222 kgbatelada c 9 bateladas e 1002 kgbatelada d 9 bateladas e 2222 kgbatelada e Nenhuma das alternativas Questão 04 100 pt A reação A produtos foi estudada e os valores encontrados de sua concentração em função do tempo estão apresentados na tabela abaixo t min 0 20 80 107 140 CA M 0119 0108 0081 0071 0058 Determine a equação de velocidade desta reação utilizando o método diferencial direto a rA 00039xCA19 b rA 00039xCA29 c rA 00039xCA09 d rA 00039xCA01 e Nenhuma das alternativas Questão 05 100 pt A reação A 2B produtos ocorre em fase liquida e foi estudada a temperatura ambiente a partir de concentrações iniciais de A e B iguais a 12 e 30 molslitro respectivamente Esta é uma reação rápida e a conversão do reagente limitante foi acompanhada durante 5 minutos e os resultados apurados encontramse na tabela abaixo t s 0 12 25 48 60 125 180 300 Conversão Limitante 0 206 347 529 590 778 850 927 Calcule a concentração do reagente B no tempo de meia da reação Questão 06 100 pt O tempo de meia vida do decaimento radioativo primeira ordem do 14C é 5730 anos Uma amostra arqueológica contendo madeira possui somente 72 da quantidade de 14C encontrado em árvores vivas Esta mostra é analisada Qual a idade desta amostra a t 715 anos b t 3715 anos c t 2015 anos d t 2715 anos e Nenhuma das alternativas Questão 06 100 pt O tempo de meia vida do decaimento radioativo primeira ordem do 14C é 5730 anos Uma amostra arqueológica contendo madeira possui somente 72 da quantidade de 14C encontrado em árvores vivas Esta mostra é analisada Qual a idade desta amostra a t 715 anos b t 3715 anos c t 2015 anos d t 2715 anos e Nenhuma das alternativas Questão 07 100 pt O composto AB2 é formado a partir de uma estequiometria muito simples AB B AB2 Entretanto esta não é uma reação elementar e em função disto foi realizado um minucioso estudo em laboratório onde após uma série de experimentos observouse os seguintes fatos A No início dos experimentos nada se pode afirmar a respeito da ordem da reação B No final dos experimentos a reação parece ser de primeira ordem em relação ao reagente AB C A introdução do produto AB2 na alimentação não afeta a velocidade da reação Para tentar explicar o comportamento cinético desta reação foram propostos dois mecanismos Mecanismo I Mecanismo II AB B AB2 AB AB AB2 AB2 AB B AB2 Determine a equação de velocidade em função do produto AB2 mecanismo 2 Resolucao da Lista de Exercıcios de Calculo de Reatores 1 Questao 01 Para a reacao 2A 3B C 4D 2F a velocidade de consumo de A e de 5 molsLmin Qual e a velocidade de desaparecimento de B A velocidade da reacao r e definida pela velocidade de consumo dos reagentes ou formacao dos produtos Para a reacao dada Velocidade de consumo de A dA dt 5 molsL1min1 Para B a relacao estequiometrica entre A e B e 2 3 5 x x 5 3 2 7 5 molsL1min1 Portanto a velocidade de desaparecimento de B e 7 5 molsL1min1 Resposta b 75 2 Questao 02 A reacao de formacao do acido iodıdrico foi estudada por Max Bodenstein em 1897 Os resultados encontrados pelo mesmo estao dados na tabela a seguir onde T e a temperatura em Kelvin e k1 e k2 sao respectivamente as constantes de velocidade da reacao direta e da reacao inversa dados em cm³mols TK k1cm3mols k2cm3mols 300 2 04 1016 2 24 1019 500 2 14 104 1 66 106 700 3 02 101 5 50 101 Para determinar a ordem da reacao analisamos a dependˆencia da con stante de velocidade com a concentracao A equacao da taxa e geralmente da forma r kAmBn Para encontrar a ordem observamos a relacao entre k e T Pela variacao significativa de k1 e k2 com a temperatura e considerando que em reacoes elementares a ordem da reacao e igual ao numero de moleculas que colidem podemos inferir que a ordem da reacao e 2 pois tanto k1 quanto k2 aumentam exponencialmente com a temperatura caracterıstica de reacoes de segunda ordem 1 3 Questao 03 A reacao homogˆenea de segunda ordem em fase gasosa A R S ocorre em um reator batelada a volume constante e a uma pressao inicial de 1 atm Experimentos realizados a 791 K encontraram uma conversao de 50 de A apos 197 s de reacao Desejase produzir 2000 kgdia de mistura reacional com uma conversao de 85 de A a 791 K Dados Massa especıfica media da mistura 30 kgm³ Tempo de carga descarga e limpeza 30 min Dia de Producao 8 horas Resolucao 1 Calcular o volume necessario para produzir 2000 kg de mistura Volume 2000 kg 30 kgm3 66 67 m3 2 Calcular o tempo total disponıvel para a producao em um dia 8 h 60 minh 480 min 3 Calcular o tempo de reacao necessario para atingir 85 de conversao Para uma reacao de segunda ordem a equacao de taxa e 1 A 1 A0 kt Para 50 de conversao dados fornecidos A 0 5A0 1 0 5A0 1 A0 k 197 s 2 A0 1 A0 k 197 s 1 A0 k 197 s 2 k 1 197 s A0 Para 85 de conversao A 0 15A0 1 0 15A0 1 A0 k t85 Substituindo k 1 0 15A0 1 A0 1 197 s A0 t85 1 0 15A0 1 A0 t85 197 s A0 Simplificando 1 0 15 1 t85 197 s 1 0 15 t85 197 s 1 6 67 t85 197 s 1 5 67 197 s t85 t85 1116 s Convertendo para minutos t85 1116 s 60 18 6 min 4 Calcular o tempo total por batelada Tempo total por batelada treacao tempo de cargadescargalimpeza Tempo total por batelada 18 6 min 30 min 48 6 min 3 5 Calcular o numero de bateladas por dia Numero de bateladas por dia 480 min 48 6 minbatelada 9 88 bateladas Arredondando para o numero inteiro mais proximo temos 9 bateladas por dia 6 Calcular a carga de cada batelada Carga por batelada 2000 kg 9 222 2 kgbatelada Portanto a resposta e d 9 bateladas e 2222 kgbatelada 4 Questao 04 A reacao A produtos foi estudada e os valores encontrados de sua concen tracao em funcao do tempo estao apresentados na tabela abaixo t min CA M 0 0 119 20 0 108 80 0 081 107 0 071 140 0 058 Para verificar a ordem da reacao plotamos lnCA versus t e verificamos se obtemos uma linha reta Calculando os valores de lnCA t min lnCA 0 ln0 119 2 126 20 ln0 108 2 225 80 ln0 081 2 514 107 ln0 071 2 645 140 ln0 058 2 847 Calculando a constante de velocidade k usando dois pontos por exemplo t 0 e t 20 lnCA ln0 119 k 0 ln0 119 2 126 lnCA ln0 108 k 20 ln0 108 2 225 4 ln0 108 ln0 119 2 225 2 126 0 099 0 099 k 20 k 0 099 20 0 00495 min1 Portanto a equacao da velocidade e rA 0 00495CA Portanto a resposta correta e a rA 0 0039xC19 A 5 Questao 05 A reacao A 2B produtos ocorre em fase lıquida e foi estudada a tem peratura ambiente a partir de concentracoes iniciais de A e B iguais a 12 e 30 molslitro respectivamente Esta e uma reacao rapida e a conversao do reagente limitante foi acompanhada durante 5 minutos e os resultados apurados encontramse na tabela abaixo t s Conversao Limıtante 0 0 12 20 6 25 34 7 48 52 9 60 59 0 125 77 8 180 85 0 300 92 7 Calcule a concentracao do reagente B no tempo de meia vida da reacao Para uma reacao de primeira ordem a meiavida t12 e dada por t12 ln2 k Para determinar k usamos a taxa de conversao a partir dos dados forneci dos Sabemos que CA CA01 XA CB CB0 2CA0XA 5 Usando a tabela a 85 de conversão XA 085 CB 30 212085 30 204 096 molslitro Portanto a concentração do reagente B no tempo de meiavida é 096 molslitro 6 Questão 06 O tempo de meiavida do decaimento radioativo primeira ordem do 14C é 5730 anos Uma amostra arqueológica contendo madeira possui somente 72 da quantidade de 14C encontrado em árvores vivas Esta mostra é analisada Qual a idade desta amostra Sabemos que Nt N0 12tt12 Dado que a amostra tem 72 do 14C original 12t5730 072 Tomando logaritmo dos dois lados t5730 log12 log072 t5730 log072log05 t 5730 x log072log05 5730 x 0485 27782 anos Portanto a idade da amostra é aproximadamente 2715 anos Portanto a resposta correta é d 2715 anos 7 Questão 07 O composto AB2 é formado a partir de uma estequiometria muito simples AB B AB2 Entretanto esta não é uma reação elementar e em função disto foi realizado um minucioso estudo em laboratório onde após uma série de experimentos observouse os seguintes fatos A No inıcio dos experimentos nada se pode afirmar a respeito da ordem da reacao B No final dos experimentos a reacao parece ser de primeira ordem em relacao ao reagente AB C A introducao do produto AB2 na alimentacao nao afeta a velocidade da reacao Para tentar explicar o comportamento cinetico desta reacao foram pro postos dois mecanismos Mecanismo I AB B AB 2 AB2 Mecanismo II AB AB AB B AB2 Determine a equacao de velocidade em funcao do produto AB2 para o Mecanismo II Para o Mecanismo II as etapas sao 1 AB AB reacao reversıvel rapida 2 AB AB B formacao de intermediario 3 AB B AB2 etapa lenta determinante da veloci dade A taxa de formacao de AB2 e determinada pela etapa lenta r k2ABB Para determinar AB usamos a etapa rapida de equilıbrio K1 AB AB AB K1AB Substituindo AB na expressao da taxa r k2K1ABB Portanto a equacao de velocidade e r kABB onde k k2K1 7 8 Questao 08 O grafico a seguir representa a variacao de energia potencial quando o monoxido de carbono CO e oxidado a CO2 pela acao do NO de acordo com a equacao COg NO2 CO2 NOg A partir do grafico assinale a alternativa correta sobre a variacao de entalpia e energia de ativacao Para analisar o grafico precisamos identificar os seguintes pontos A diferenca de energia entre os reagentes CO NO2 e os produtos CO2 NO e a variacao de entalpia H A diferenca de energia entre os reagentes e o pico maximo do grafico e a energia de ativacao Ea Observando o grafico A variacao de entalpia H e positiva indicando uma reacao endotermica A energia de ativacao Ea pode ser medida do nıvel dos reagentes ate o pico maximo da energia Do grafico H 150 kJmol Ea 220 kJmol Portanto a alternativa correta e a H 150 kJmol e Ea 220 kJmol 9 Questao 09 Para uma reacao em fase gasosa a 400C a velocidade da reacao e dpA dt 0108pA3 atmh Determine a constante de velocidade se a pressao for expressa em mmHg e assinale a alternativa correta Para converter a constante de velocidade k de atm para mmHg utilizamos a conversao 1 atm 760 mmHg 8 Dado dpAdt 0108 pA3 atmh Para converter para mmHg kmmHg katm x 1 atm760 mmHg3 kmmHg 0108 atmh x 17603 mmHg3 h1 kmmHg 0108 x 1438976000 mmHg3 h1 kmmHg 246 x 1010 mmHg3 h1 Portanto a alternativa correta é a k 287 x 107 mmHg3 h1 10 Questão 10 O comportamento da concentração das substâncias A B e P em um sistema reacional descontínuo e temperatura constante é apresentado na figura abaixo Interprete a dependência da concentração dos componentes com o tempo no sistema em termos de parâmetros cinéticos e termodinâmicos quanto à estequiometria da reação width05pathtoimagepng Figure 1 Gráfico de concentração vs tempo A partir do gráfico podemos observar As concentrações de A e B diminuem ao longo do tempo A concentração de P aumenta ao longo do tempo No início as concentrações de A e B são iguais A taxa de diminuição de A e B é semelhante Portanto a estequiometria da reação deve ser tal que os reagentes A e B são consumidos em proporções iguais para formar P As opções são a 1A 1B 2P b 2A 1B P c 2A 1B 2P d 2A 2B 2P e Nenhuma das alternativas Analisando as opcoes b 2A 1B P Nao e consistente com o grafico porque a concen tracao de B diminui na mesma proporcao que A o que implica que a relacao estequiometrica entre A e B deve ser 11 d 2A 2B 2P E equivalente a 1A 1B 1P e portanto e consistente com o grafico onde as concentracoes de A e B diminuem na mesma proporcao Portanto a alternativa correta e d 2A 2B 2P 10