Resolução Detalhada de Exercícios de Cinética Química e Reatores

Avaliação 1 20232 26092023 Questão 1 Dados EA260 kJmol ou 260000 Jmol T800K K100315 m3mols G0 em função das unidades observase que a reação é de ordem 2 n2 a k2900K A partir da equação de Arrhenius KiKo expEART Situação 1 K1Ko expEART1 T1800K K100315 m3mols Situação 2 K2Ko expEART2 T2900K K2 Dividindo as equações K1Ko expEA RT1 K2Ko exp EA RT2 1T1 1T2R ou lnk1k2EAR1T1 1T2 Como se deseja obter k2 podese escrever a expressão como segue lnk2k1EAR1T2 1T1 R8314 JmolK lnk20031526000083141900 1800 Ko 24245 m3mols Resp A constante de taxa a 900K é 24245 Questão 2 Dado Mecanismo está de acordo com os dados experimentais Mecanismo Cl2 2 Cl CHCl3 Cl CCl3 HCl CCl3 Cl CCl4 Cl2 CHCl3 CCl4 HCl Intermediários Cl CCl3 Utilizando símbolos A 2 X RÁPIDA B X Y P LENTA Y X RÁPIDA A B R P a Equação de taxa Como a 2ª etapa do mecanismo é a etapa lenta temse que vRGK3BX 1 Para se obter X será utilizada a primeira etapa do mecanismo e como é uma etapa rápida é igual a zero Ø v1K1A K2X2 0 K1AK2X2 K1A X2 K2 X sqrtK1K2A 2 Substituindo 2 em 1 vRGK3B sqrtK1K2A12 vRG K3 sqrtK1K212 A12 B Sendo X3X1K212 K temse que vRG K A12 B Resp A expressão de taxa para a reação entre o a Reator adsc T900K P25 atm XA90 Como a reação é de 2ª ordem e a equação integrada para reações deste tipo 2AP é 1CA 1CA0 Kt ou XA1XA KCA0t Como foi dada a conversão será usada a expressão XA1XA KCA0t A CA0 pode ser calculada por PVnRT como segue P0 n0RTV CA0 n0V P0 CA0RT CA0 P0RT Como ocorre a decomposição de etileno puro Gto CA0 CA0 P0RT0 R008206 latmmolK CA025008206x900 CA0 00339 moll Assim 09109 214275 x 00339 x t x 1000 t01095 Δt Resp O tempo necessário para se obter 90 de conversão a 900K e 25 atm para de 645 segundos e o clorofórmio é rA k A12 B b T 600 K P 10 atm Alimentação 20 clorofórmio 80 Cloro xA 065 Fração molar composição na saída do reactor Reação Cl2 CHCl3 CCl4 HCl B A R P Reagente limitante CHCl3 A clorofórmio Equação estequiométrica Como a reação ocorre em fase gasosa será utilizada a pressão parcial pi pAo theta pi pi xA 1 eA xA ToT ppo Considerando que T To P Po Temse que pi pAo theta pi xA 1 eA xA Como eA yAo d yAo A2 d 0 eA 0 Assim pi pAo theta i 1 pi xA Para cada espécie envolvida na reação pA pAo 1 xA pB pAo theta B xA theta B yBoyAo 0802 theta B 4 pR pAo theta R xA theta R 0 pP pAo theta p xA theta p 0 Assim pA 10 1 065 35 atm pB 10 4 065 335 atm pR pP 10 x 065 65 atm pressão total 50 atm R Desta forma a composição fração molar na saída do reactor será de 007 do clorofórmio 067 do cloro 013 do tetracloreto de carbono e 013 do ácido clorídrico ou seja 7 CHCl3 67 Cl2 13 CCl4 13 HCl Questão 3 a Não A velocidade de decomposição de X é a metade da velocidade de decomposição de A pois rA2 rX1 rP rS rW Portanto rX rA 2 b Como a reação é elementar a equação de taxa é rA 2k CA2 Cx ou rA 2k CA2 Cx c Não concordo eu explicaria que a remoção de P e S do meio reacional afetariam o equilíbrio do sistema e aumentaria a decomposição de X devido ao deslocamento do equilíbrio no sentido da formação de produtos Princípio de Le Chatelier porém não ocorreria o aumento da velocidade de reação pois este é uma grandeza cinética e é influenciada pela magnitude A e X o que pode ser facilmente observado pela equação de taxa que envolve somente os magnitudes A e X d DADOS k 14 h1 Cx Cxo2 Como despejase obter o tempo para reduzir a conc de X pela metade o tempo a ser obtido é t 12 tempo de meia vida t Como se utiliza um grande excesso de A é possível reescrever a equação de taxa rA 2k CA2 Cx CA cte CAo rA 2k CAo2 Cx k CAo2 cte k rA k Cx temse uma reação de pseudoprimeira ordem Para se obter o tempo devese integrar a equação de taxa como segue rA1 2 rX 1 2k Cx rX k Cx ou seja rA 2 rX k Cx rX k Cx ou rX dCxdt k Cx integrando Cx0Cx dCxCx 0t k dt ln Cx Cx0 k t Aplicando o conceito de tempo de meia vida Cx Cxo 2 tmu ln Cxo Cx0 2 k t12 ln 2 k t12 Portanto t12 ln 2 k ln 2 14 05 horas Resp O tempo para a concentração de X ser reduzida pela metade será de 05 hora