A reação em fase gasosa entre cloro e metano para formar tetracloreto de carbono e ácido clorídrico ocorre a
e
. A pressão de vapor do
a
é aproximadamente
. Monte a tabela estequiométrica para esta reação com mudança de fase. Calcule a conversão de metano em que a condensação se inicia. A alimentação é estequiométrica.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A questão fala sobre uma reação gasosa entre cloro e metano que forma tetracloreto de carbono e ácido clorídrico, ocorrendo a 75°C e 950 kPa. A pressão de vapor do
a essa temperatura é de aproximadamente 95 kPa. Precisamos montar uma tabela estequiométrica considerando a mudança de fase e calcular a conversão de metano na qual a condensação começa. Vamos precisar entender basicamente de estequiometria de reações químicas e conceitos de pressão parcial e equilíbrio de fases.
Passo 2
Primeiro, vamos escrever a equação balanceada da reação:
Aqui, cada mol de metano (
) reage com 4 mols de cloro (
) para formar 1 mol de tetracloreto de carbono (
) e 4 mols de ácido clorídrico (
).
Passo 3
Vamos montar a tabela estequiométrica. Suponhamos que a alimentação seja 1 mol de
, já que a alimentação é estequiométrica. A tabela terá as seguintes colunas: Componentes, Alimentação, Variação, e Saída.
Componente | Alimentação (mol) | Variação (mol) | Saída (mol) |
---|---|---|---|
|
1 | -
|
|
|
4 | -
|
|
|
0 | +
|
|
|
0 | +
|
|
Aqui,
representa a conversão de metano.
Passo 4
Agora, precisamos considerar a mudança de fase. A pressão total do sistema é 950 kPa, e a pressão de vapor do
a 75°C é 95 kPa. A condensação de
começa quando a pressão parcial desse composto atinge sua pressão de vapor.
A pressão parcial pode ser calculada usando a fração molar (
) e a pressão total (
):
Queremos que
.
Passo 5
Vamos calcular a fração molar de
na saída:
Onde
mol.
Portanto,
Passo 6
Substituindo na equa��ão da pressão parcial:
Agora, vamos resolver para
:
Resposta
A conversão de metano na qual a condensação de
começa é de 50%.