Cálculo de Lei de Velocidade

Universidade Federal da Paraíba Centro de Ciências Agrárias Departamento de Química e Física Disciplina Cinética Química GDQF0010 Semestre 20232 Prof Sidney Ramos de Santana email santanasidneyccaufpbbr 2a Prova de Cinética Química REPOSIÇÃO 1a Dado a seguinte reação global a alta temperatura 2N2Og H2Og 2CO H 2CO3g CO2g N2g conforme o seguinte mecanismo 1 3H2g 2O2g 2H 2O2g H2Og 2 2H2O2g H2Og 3H 2g 2O2g 3 2H2Og 2H 2g O2g 4 2H2g O2g 2H 2O2g 5 N2Og CO2g COg N 2g O2g 6 COg N2g O2g N 2Og CO2g 7 N2Og H2O2g 2COg H 2CO3g CO2g N2g lenta a Encontre a velocidade de formação do N2g utilizando a aproximação de préequilíbrio b Encontre a velocidade de formação do N2g utilizando a aproximação estado estacionário c Compare as suas respostas anteriores e encontre em quais condições as respostas são aproximadamente iguais d Encontre a lei de velocidade integrada para o N2g Questoes Cinetica Quımica Prof Matheus a A aproximacao de preequilıbrio e aplicada quando uma etapa e muito mais rapida do que as outras alcancando o equilıbrio rapidamente em relacao ao tempo de interesse Neste caso vamos assumir que a etapa 7 e a etapa rapida alcancando o equilıbrio rapidamente Etapa lenta 7 N2Og H2O2g 2COg 2CO3g CO2g N2g A reacao global e a mesma que a etapa lenta entao podemos usar a concen tracao de equilıbrio dos reagentes da etapa lenta para calcular a velocidade A equacao de velocidade para esta etapa e v kcN2OH2O2CO2 Como estamos assumindo preequilıbrio as concentracoes dos reagentes nessa etapa sao aproximadamente constantes entao a velocidade pode ser aproximada como v kcCO2 b A aproximacao de estado estacionario e aplicada quando a etapa inter mediaria e formada rapidamente e consumida rapidamente entao sua concen tracao permanece constante ao longo do tempo Neste caso vamos assumir que a etapa 5 e a etapa intermediaria Etapa intermediaria 5 N2Og CO2g COg N2g A equacao de velocidade para esta etapa e v5 k5N2OCO2 Como estamos assumindo estado estacionario a taxa de formacao de N2g e igual a taxa de consumo de N2g na etapa 6 v6 k6CON2O2 E como a etapa 6 e a ultima etapa na formacao de N2g podemos igualar v5 e v6 para encontrar a taxa de formacao de N2g k5N2OCO2 k6CON2O2 c 1 Vamos comparar as duas respostas para encontrar em que condicoes elas sao aproximadamente iguais CON2O2 kc k6 CO2 d Para encontrar a lei de velocidade integrada para N2g precisamos expres sar a velocidade em termos das concentracoes iniciais e do tempo Seja x a quantidade de N2 formada Assumindo que N2O e o reagente limitante e que a reacao e de primeira ordem em relacao a N2O temos N2O N2O0 x Agora podemos substituir esta expressao nas equacoes de velocidade das etapas 5 e 6 para encontrar a taxa de formacao de N2g em termos de x v5 k5N2O0 xCO2 v6 k6CON2O2 Como v5 v6 podemos igualar as duas expressoes k5N2O0 xCO2 k6CON2O2 Isso nos da uma equacao diferencial para x que podemos resolver numeri camente para obter a quantidade de N2 formada em funcao do tempo 2