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 .

Passo 1

Beleza, vamos lá! Temos uma reação gasosa: . A mistura de entrada é composta por 15% mol de amônia ( ) em ar, com uma pressão total de e temperatura de . Nosso objetivo aqui é encontrar as pressões parciais ( ) e as concentrações ( ) de todas as espécies em função da conversão ( ) no reator a volume constante, além de expressar a pressão total ( ) em função de . Vamos precisar de conceitos de estequiometria, conversão química e relações entre pressão, concentração e número de mols em condições de gás ideal.

Passo 2

Primeiro, vamos definir a conversão . Ela representa a fração de que reage. Se começamos com n mols de , a quantidade que reage é mols, de acordo com a equação balanceada. Mas vamos simplificar assumindo que n = 1 mol para facilitar os cálculos.

Passo 3

Agora, identificamos a composição inicial da mistura. Temos 15% mol de , então em 1 mol total de ar, temos 0,15 mol de e 0,85 mol de e outros componentes inertes. Contudo, vamos considerar apenas para simplificação, já que eles reagem com .

Passo 4

De acordo com a reação, para cada 4 mols de que reagem, 5 mols de são consumidos, e são formados 4 mols de e 6 mols de . Assim, se a conversão de é , então:
  • consumido:
  • consumido:
  • formado:
  • formado:

Passo 5

Vamos montar uma tabela de balanço de massa para cada espécie:
é

Passo 6

Agora, vamos calcular o número total de mols no final da reação:

Passo 7

Como o volume é constante e a temperatura também (227°C, que convertemos para Kelvin: ), a pressão total está relacionada ao número total de mols pela equação dos gases ideais:
onde .

Passo 8

Para encontrar a pressão parcial de cada espécie ( ), usamos a relação:
Substituindo os valores:
Assim,

Passo 9

Agora, para as concentrações , usamos a relação entre pressão e concentração para gases ideais:
onde e .
Portanto,
Substituindo de cada espécie:

Passo 10

Resumindo, expressamos todas as pressões parciais e concentrações em função da conversão , considerando o volume constante e utilizando a equação dos gases ideais para relacionar pressão e concentração.

Resposta

As pressões parciais ( ) e as concentrações ( ) das espécies em função da conversão são:
A pressão total em função de é:
As concentrações ( ) podem ser calculadas usando:

Exercícios relacionados

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.
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 .
Calcule a composição de equilíbrio da mistura das seguintes espécies.
.
A mistura está a e . A única reação que está ocorrendo é:

Pode-se desprezar o efeito de no .
Dados:
16,282
12,496
:— :— :— :—
A reação em fase líquida Produtos
foi estudada a , tendo sido obtidos os seguintes resultados:
Ensaio (mol/L.min)
1 0,1 10,0 10,0 25,0
2 0,2 10,0 10,0 50,0
3 0,2 20,0 10,0 50,0
4 0,2 10,0 20,0 100,0
5 0,2 0,2 0,2 1,0
Determine as ordens parciais e global a reação, bem como a constante de velocidade na temperatura da reação.