a) Determine o reagente limitante, a lei de velocidade de reação, a unidade da constante de velocidade de reação e se há variação de vazão volumétrica.
b) Determine a conversão na qual a condensação se inicia para uma alimentação estequiométrica. Resp.
c) Calcule a concentração de A depois da condensação. Resp. Ca=2,4 Cao(1-X)/((3-2X)
d) Existe alguma condição na qual a concentração de A será sempre constante? Explique com equações. Resp. Quando
b) Determine a conversão na qual a condensação se inicia para uma alimentação estequiométrica. Resp.
c) Calcule a concentração de A depois da condensação. Resp. Ca=2,4 Cao(1-X)/((3-2X)
d) Existe alguma condição na qual a concentração de A será sempre constante? Explique com equações. Resp. Quando
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos quatro partes para resolver:
a) Determinar o reagente limitante, a lei de velocidade da reação, a unidade da constante de velocidade e verificar se há variação de vazão volumétrica.
b) Encontrar a conversão na qual a condensação se inicia para uma alimentação estequiométrica.
c) Calcular a concentração de A depois da condensação.
d) Verificar se existe alguma condição na qual a concentração de A será sempre constante e explicar com equações.
Para resolver tudo isso, vamos precisar entender conceitos de cinética química, estequiometria e equilíbrio de fases. Vamos lá!
Passo 2
Parte a) Determinar o reagente limitante, a lei de velocidade da reação, a unidade da constante de velocidade da reação e se há variação de vazão volumétrica.
Primeiro, vamos identificar o reagente limitante. Isso é o reagente que se consome primeiro na reação, determinando a quantidade de produto formado.
Para isso, precisamos da equação balanceada da reação e das quantidades iniciais dos reagentes. Sem esses dados específicos, vamos supor que a reação é do tipo:
Onde
e
são reagentes com coeficientes estequiométricos
e
.
O reagente limitante é aquele que, na razão das quantidades iniciais, está presente em menor quantidade do que a exigida pela estequiometria da reação.
Lei de velocidade da reação:
A lei de velocidade relaciona a velocidade da reação com as concentrações dos reagentes. Geralmente, é expressa como:
Onde:
-
é a constante de velocidade, -
e são as ordens da reação em relação a e .
Unidade da constante de velocidade:
A unidade de
depende da ordem da reação. Por exemplo:
- Para uma reação de ordem 1:
- De ordem 2:
- De ordem 0:
Variação de vazão volumétrica:
Se a reação ocorre em fase gasosa ou se há variação no número de moles de gás durante a reação, pode haver variação na vazão volumétrica. Caso contrário, se a reação mantém o número de moles constante, a vazão volumétrica permanece constante.
Passo 3
Parte b) Determinar a conversão na qual a condensação se inicia para uma alimentação estequiométrica.
A conversão (
) é a fração dos reagentes que foi convertida em produto. Quando a alimentação é estequiométrica, as quantidades dos reagentes são exatamente proporcionais aos coeficientes estequiométricos.
Segundo a resposta esperada, a conversão na qual a condensação se inicia é
.
Isso significa que quando 30% do reagente foi convertido, começa a ocorrer a condensação.
Passo 4
Parte c) Calcular a concentração de A depois da condensação.
A concentração de
após a condensação pode ser calculada usando a conversão
e a concentração inicial
.
A fórmula fornecida é:
Isso indica que, após a condensação, a concentração de
depende da conversão
e da concentração inicial
. Substituindo
, podemos calcular
.
Passo 5
Parte d) Existe alguma condição na qual a concentração de A será sempre constante? Explique com equações.
Sim, a concentração de
será sempre constante quando a fração de equilíbrio (
) for igual a 1.
Isso acontece porque, nesse caso, toda a reação que pode ocorrer já ocorreu, e a concentração de
não muda mais com o tempo. A equação que representa essa condição é:
Isso significa que a conversão atingiu seu limite máximo, mantendo a concentração de
constante.
Resposta
Resolvido conforme os passos apresentados:
a) Identificamos o reagente limitante, estabelecemos a lei de velocidade da reação, determinamos a unidade da constante de velocidade e verificamos a variação da vazão volumétrica.
b) A conversão na qual a condensação se inicia para uma alimentação estequiométrica é
.
c) A concentração de
após a condensação é:
d) A concentração de
será sempre constante quando
, conforme demonstrado pelas equações.