A reação em fase gasosa entre cloro e metano para formar tetracloreto de carbono e ácido clorídrico ocorre a 75^circ C e 950 kPa. A pressão de vapor do CCl a 75^circ C é aproximadamente 95 kPa. 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 CCl4 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:
CH4 + 4,Cl2 CCl4 + 4,HCl
Aqui, cada mol de metano ( CH4) reage com 4 mols de cloro ( Cl2) para formar 1 mol de tetracloreto de carbono ( CCl4) e 4 mols de ácido clorídrico ( HCl).

Passo 3

Vamos montar a tabela estequiométrica. Suponhamos que a alimentação seja 1 mol de CH4, já que a alimentação é estequiométrica. A tabela terá as seguintes colunas: Componentes, Alimentação, Variação, e Saída.
Componente Alimentação (mol) Variação (mol) Saída (mol)
CH4 1 - x 1 - x
Cl2 4 - 4x 4 - 4x
CCl4 0 + x x
HCl 0 + 4x 4x
Aqui, x 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 CCl4 a 75°C é 95 kPa. A condensação de CCl4 começa quando a pressão parcial desse composto atinge sua pressão de vapor.
A pressão parcial pode ser calculada usando a fração molar ( yi) e a pressão total ( Ptotal):
Pi = yi times Ptotal
Queremos que PCCl4 = 95,kPa.

Passo 5

Vamos calcular a fração molar de CCl4 na saída:
yCCl4 = nCCl4ntotal
Onde ntotal = (1 - x) + (4 - 4x) + x + 4x = 5 - 0x = 5 mol.
Portanto,
yCCl4 = x5

Passo 6

Substituindo na equa��ão da pressão parcial:
x5 times 950,kPa = 95,kPa
Agora, vamos resolver para x:
950x5 = 95 190x = 95 x = 95190 x = 0,5

Resposta

A conversão de metano na qual a condensação de CCl4 começa é de 50%.

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