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
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:
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: