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 .
çã
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 :
çã
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.
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 .