Adotando o hidrogênio como base de cálculo, construa a tabela estequiométrica para a reação
, com uma alimentação equimolar de
e
. Se a pressão de entrada é
e a temperatura de entrada é
, calcule a concentração de amônia e hidrogênio quando a conversão de
for
.
Passo 1
Beleza, vamos começar resumindo o que o exercício pede. Temos a reação química da formação da amônia (
) a partir de nitrogênio (
) e hidrogênio (
):
O exercício nos dá uma alimentação equimolar de
e
, ou seja, temos a mesma quantidade de mols de cada reagente. Também são fornecidas a pressão de entrada (
) e a temperatura (
). Precisamos construir uma tabela estequiométrica e calcular a concentração de amônia e hidrogênio quando a conversão de
for de 60%. Para isso, vamos precisar entender conceitos de estequiometria, conversão química e a lei dos gases ideais para relacionar pressão, volume e temperatura.
Passo 2
Primeiro, vamos construir a tabela estequiométrica. Ela nos ajuda a acompanhar as quantidades de reagentes e produtos antes e depois da reação. Como a alimentação é equimolar, vamos supor que temos 1 mol de
e 1 mol de
.
Aqui,
representa os mols de
produzidos.
Passo 3
Sabemos que a conversão de
é de 60%, ou seja, 60% de
foi consumido na reação. A conversão (
) é definida como:
Substituindo:
Então,
.
Passo 4
Agora, vamos preencher a tabela com esse valor de
:
Portanto, após a reação, temos 0,80 mol de
, 0,40 mol de
e 0,40 mol de
.
Passo 5
Para calcular a concentração das substâncias, precisamos usar a lei dos gases ideais:
Onde:
-
é a pressão -
é o volume -
é o número de mols -
é a constante dos gases ( ) -
é a temperatura em Kelvin
Primeiro, vamos converter a temperatura de Celsius para Kelvin:
Passo 6
Vamos supor que o volume (
) seja constante, já que não foi fornecido no exercício. Isso significa que a pressão total permanece a mesma (
). A concentração (
) pode ser calculada como:
A partir da lei dos gases ideais, podemos expressar o volume:
Logo, a concentração fica:
Passo 7
Aplicando isso para cada substância:
Para
:
A pressão parcial de
é proporcional ao número de mols:
Então,
Para
:
Pressão parcial de
:
Então,
Resposta
A concentração de amônia (
) é aproximadamente
e a concentração de hidrogênio (
) também é aproximadamente
quando a conversão de
é de 60%.
Exercícios relacionados
A reação em fase gasosa
é de primeira ordem em
e em B e está ocorrendo isotermicamente em um PFR. A alimentação é equimolar, e a temperatura e pressão de entrada são
e
. A constante de reação a esta temperatura é
. Determinar a taxa de reação na entrada do reator, isto é, em
.
Na reação homogênea em fase gasosa
, Qual a relação existente entre
e
?
A reação abaixo ocorre em fase gasosa.
. A alimentação consiste de
mol de amônia em ar a
e
.
Expresse Pi e Ci para todas as espécies como função da conversão para um reator a pressão constante operando isotermicamente. Expresse volume como função de X.
Expresse Pi e Ci para todas as espécies como função da conversão para um reator a pressão constante operando isotermicamente. Expresse volume como função de X.
A reação abaixo ocorre em fase gasosa.
. A alimentação consiste de
mol de amônia em ar a
e
.
Expresse Pi e Ci para todas as espécies como função da conversão para um reator a volume constante. Expresse como função de
.
Expresse Pi e Ci para todas as espécies como função da conversão para um reator a volume constante. Expresse