A continuous reactor operating at steady state is being used to study the formation of methanol from mixtures of H 2 and CO according to the reaction

Some data from one particular run are shown below.
Species Rate in <br> Rate out <br>
CO 100 83
72 38
9 9
19 19
2 13
Does the system behave as though only one stoichiometrically simple reaction, i.e., the above reaction, takes place? If not, develop a hypothesis that quantitatively accounts for any discrepancy in the data. How could your hypothesis be tested?

Passo 1

Beleza, vamos entender o que o exercício está pedindo. Temos um reator contínuo operando em estado estacionário onde está ocorrendo a formação de metanol ( ) a partir de misturas de e . A reação considerada é:
O exercício nos fornece as taxas de entrada e saída de várias espécies no reator e pergunta se o sistema está se comportando como se apenas essa reação estivesse ocorrendo. Se não estiver, precisamos propor uma hipótese para explicar a discrepância e sugerir como poderíamos testar essa hipótese.
Vamos precisar usar conceitos de balanço de massa e estequiometria para resolver esse problema.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular a taxa de consumo de e no reator. A taxa de consumo é a diferença entre a taxa de entrada e a taxa de saída.
Para :
Para :

Passo 3

Agora, vamos verificar a razão de consumo entre e pela reação dada. Pela equação balanceada:
A relação estequiométrica ideal é que para cada mol de consumido, são consumidos 2 mols de . Então, a taxa esperada de consumo de deveria ser o dobro da de .
Vamos verificar:
E de fato, a taxa calculada de consumo de é 34 , que coincide com a taxa esperada. Até aqui, parece que apenas essa reação está ocorrendo.

Passo 4

Agora, vamos analisar a formação de metanol. A taxa de formação de �� a diferença entre a taxa de saída e a taxa de entrada:
çã
De acordo com a estequiometria da reação, para cada mol de consumido, forma-se 1 mol de . Então, esperaríamos que a taxa de formação de fosse igual à taxa de consumo de , ou seja, 17 . Mas aqui temos apenas 11 .

Passo 5

Essa discrepância sugere que além da reação principal, pode estar ocorrendo outra reação que consome e/ou sem formar . Uma hipótese razoável é que está ocorrendo a formação de pela reação:

Passo 6

Vamos verificar se essa hipótese faz sentido com os dados fornecidos. A taxa de formação de é:
çã
Isso indica que não há formação líquida de , sugerindo que talvez haja uma reação reversa ou equilíbrio que não está sendo considerado na reação principal.

Passo 7

Outra possibilidade é que haja uma reação paralela que consome e para formar um subproduto como :
A taxa de formação de é:
çã
Isso também sugere que não há formação líquida de $\mathrm{CH}_4}.

Passo 8

Como não há formação líquida de nem de , mas ainda há uma discrepância na formação de , é possível que parte do esteja sendo convertida de volta em e ou que haja outra reação secundária equilibrada que consome .

Passo 9

Para quantificar a discrepância, podemos calcular a diferença entre a taxa esperada e a taxa real de formação de :
Esses 6 podem estar sendo consumidos por uma reação secundária, como a decomposição de .

Passo 10

Para testar essa hipótese, poderíamos realizar experimentos adicionais onde monitoramos a composição de saída do reator em diferentes condições de operação. Se a decomposição de estiver ocorrendo, esperaríamos ver variações na taxa de formação de com mudanças na temperatura ou pressão que afetam o equilíbrio da reação.

Resposta

Não, o sistema não se comporta apenas como a reação . A discrepância na taxa de formação de metanol sugere que uma reação secundária está consumindo parte do metanol formado. Uma hipótese é que o está se decompondo de volta em e . Para testar essa hipótese, podemos realizar experimentos variando condições como temperatura e pressão para observar se a taxa de formação de metanol responde conforme esperado pela presença da reação secundária.

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