Exercícios de Equilíbrio Químico

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERIDADE FEDERAL DO PARANÁ SETOR DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA Curso de Graduação em Engenharia Química Disciplina ENQ052Termodinâmica para Engenharia Química II Profª Tirzhá Lins Porto Dantas Exercícios Equilíbrio Químico 1 Exercício 51 Calcule a constante de equilíbrio para a hidratação na fase vapor do etileno a 145ºC e a 320ºC 𝐶2𝐻4𝑔 𝐻2𝑂𝑔 𝐶2𝐻5𝑂𝐻𝑔 Resposta 𝐊 𝟐 𝟗𝟒 𝟏𝟎𝟑 Exercício 52A reação de deslocamento gáságua 𝐶𝑂𝑔 𝐻2𝑂𝑔 𝐶𝑂2𝑔 𝐻2𝑔 É conduzida nas diferentes condições descritas a seguir Calcule a fração de vapor d água que reagiu em cada caso Admita que a mistura se comporte como gás ideal a Os reagentes são 1 mol de 𝐻2𝑂 e 1 mol de 𝐶𝑂 A temperatura é de 1100K e a pressão é de 1 bar b Idem item a exceto pela pressão é que é de 10 bar c Idem item a exceto pelo fato de que são adicionados 2 moles de 𝑁2 aos reagentes d Os reagentes são 2 moles de 𝐻2𝑂 e 1 mol de 𝐶𝑂 A temperatura é de 1100K e a pressão é de 1 bar e Os reagentes são 1 mol de 𝐻2𝑂 e 2 moles de 𝐶𝑂 A temperatura é de 1100K e a pressão é de 1 bar f A mistura inicial é constituída por 1 mol de 𝐻2𝑂 1 mol de 𝐶𝑂 e 1 mol de 𝐶𝑂2 A temperatura é de 1100K e a pressão é de 1 bar g Idem item a exceto pelo fato de que a T é de 1650 K MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERIDADE FEDERAL DO PARANÁ SETOR DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA Curso de Graduação em Engenharia Química Disciplina ENQ052Termodinâmica para Engenharia Química II Profª Tirzhá Lins Porto Dantas Exercícios Equilíbrio Químico 2 Figura 51 Constantes de Equilíbrio em função da Temperatura Respostas 𝜉𝑒 1 2 05 𝜉𝑒 1 2 05 𝜉𝑒 1 2 05 𝜉𝑒 067 𝜉𝑒 067 𝜉𝑒 033 𝜉𝑒 036 MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERIDADE FEDERAL DO PARANÁ SETOR DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA Curso de Graduação em Engenharia Química Disciplina ENQ052Termodinâmica para Engenharia Química II Profª Tirzhá Lins Porto Dantas Exercícios Equilíbrio Químico 3 Exercício 53 Estime a conversão máxima do etileno a etanol através da hidratação em fase gasosa a 250ºC e 35 bar para uma razão inicial vapor dáguaetileno igual a 5 Resposta 𝜉𝑒 0233 Sob as condições especificadas a máxima conversão de etileno a etanol é de 233 Exercício 54O carbonato de cálcio pode se dissociar de acordo com a seguinte reação 𝐶𝑎𝐶𝑂3𝑆 𝐶𝑎𝑂𝑠 𝐶𝑂2𝑔 Considere um sistema fechado previamente evacuado com 𝐶𝑎𝐶𝑂3 puro a 1000 K Qual a pressão de equilíbrio do sistema Admita que as duas fases sólidas estão completamente imiscíveis A 1000 K são dados as seguintes energias de Gibbs de formação Substância 𝐺𝑓1000 Jmol 𝐶𝑎𝐶𝑂3 95125 𝐶𝑎𝑂 53109 𝐶𝑂2 39581 Resposta 𝑝𝐶𝑂2 𝐾 Assim o carbonato de cálcio se dissociará até que a pressão alcance 𝑝𝐶𝑂2 0053 𝑏𝑎𝑟 MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERIDADE FEDERAL DO PARANÁ SETOR DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA Curso de Graduação em Engenharia Química Disciplina ENQ052Termodinâmica para Engenharia Química II Profª Tirzhá Lins Porto Dantas Exercícios Equilíbrio Químico 4 Exercício 55Um leito de carvão suponha carbono puro em um gaseificador é alimentado com vapor dágua e ar e uma produz uma corrente gasosa contendo H2 CO O2 H2O CO2 e N2 Para uma alimentação do gaseificador formada por 1 mol de vapor dágua e 238 moles de ar calcule a composição do equilíbrio da corrente gasosa produzida a P20 bar e temperaturas de 1000K A 1000 K são dados as seguintes energias de Gibbs de formação T K 𝑮𝒇𝟏𝟎𝟎𝟎 𝑱𝒎𝒐𝒍 𝑯𝟐𝑶 𝐶𝑂 𝐶𝑂2 1000 192420 200240 395790 1100 18700 209110 385960 1200 181380 217830 396020 1300 175720 226530 396080 1400 170020 235130 396130 1500 164310 243740 1396130 Respostas 𝐥𝐧 𝐊𝑨 𝟏𝟑 𝟐 𝐊𝑨 𝟓 𝟒𝟎 𝟏𝟎𝟓 𝐥𝐧 𝐊𝑩 𝟏𝟗 𝟔 𝐊𝑩 𝟑 𝟐𝟓 𝟏𝟎𝟓 𝐥𝐧 𝐊𝑪 𝟑𝟏 𝟖 𝐊𝑪 𝟔 𝟒𝟔 𝟏𝟎𝟏𝟑 MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERIDADE FEDERAL DO PARANÁ SETOR DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA Curso de Graduação em Engenharia Química Disciplina ENQ052Termodinâmica para Engenharia Química II Profª Tirzhá Lins Porto Dantas Exercícios Equilíbrio Químico 5 Como as constantes são muito elevadas o denominador das expressões deve ser pequeno isto significa que há muito pouquíssimo oxigênio no equilíbrio OU 𝐥𝐧 𝐊𝑫 𝟎 𝟓𝟔𝟒𝟏 𝐊𝑫 𝟏 𝟕𝟓𝟖 𝐥𝐧 𝐊𝑬 𝟕 𝟖𝟐𝟎 𝐊𝑬 𝟐 𝟓𝟔𝟏 o Assim teremos 2𝜉𝑒𝐷𝜉𝑒𝐸 2 05 𝜉𝑒𝐷338𝜉𝑒𝐷𝜉𝑒𝐸 20 1 1758 9 𝜉𝑒𝐸2𝜉𝑒𝐷𝜉𝑒𝐸 1𝜉𝑒𝐸338𝜉𝑒𝐷𝜉𝑒𝐸 20 1 2561 10 T K 𝐊𝑫 𝐊𝑬 𝜉𝑒𝐷 𝜉𝑒𝐸 1000 1758 2561 05336 1100 11450 11219 01210 07124 1200 53115 38609 03168 08551 1300 194430 110064 04368 09357 1400 58485 26876 04739 09713 1500 151412 58358 04896 09863 Conforme mostra a Equação de VantHoff um aumento de T resulta em aumento de K E de acordo com a Eq 528 um aumento de K MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERIDADE FEDERAL DO PARANÁ SETOR DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA Curso de Graduação em Engenharia Química Disciplina ENQ052Termodinâmica para Engenharia Química II Profª Tirzhá Lins Porto Dantas Exercícios Equilíbrio Químico 6 a pressão constante resulta em um aumento em 𝑦𝑖𝜐𝑖 𝑖 isto implica um deslocamento da reação para a direita e em um aumento em 𝜉𝑒 T K 𝑦𝐻2 𝑦𝐶𝑂 𝑦𝐻2𝑂 𝑦𝐶𝑂2 𝑦𝑁2 1000 0138 0112 0121 0143 0486 1100 0169 0226 0068 0090 0447 1200 0188 0327 0032 0040 0413 1300 0197 0378 0014 0015 0396 1400 0201 0398 0006 0005 0390 1500 0203 0405 0003 0002 0387 À medida que 𝜉𝑒 aumenta as frações molares de CO2 e de H2O se aproximam de zero