Uma reação em fase gasosa do tipo 2 A+4 B 2 R é feita em um sistema contínuo à pressão constante de 10 atm e temperatura de 727^circ C. Introduzem-se os reagentes com concentrações iniciais iguais, com fluxo volumétrico de 2,5 L / min. Calcule os fluxos molares de cada componente quando a conversão atinge 25 %.

Passo 1

Beleza, vamos começar resumindo o que temos aqui. A gente tem uma reação gasosa do tipo 2 A + 4 B 2 R, acontecendo num sistema contínuo onde a pressão é constante, 10 atm, e a temperatura é 727°C (que dá 1000 K). Os reagentes A e B entram com concentrações iguais e a um fluxo volumétrico de 2,5 L/min. Nosso objetivo é calcular os fluxos molares de cada componente quando a conversão chega a 25%. Para resolver isso, vamos precisar usar a Lei dos Gases Ideais e entender como a conversão afeta os fluxos molares.

Passo 2

Primeiro, vamos converter a temperatura de Celsius para Kelvin, já que a Lei dos Gases Ideal trabalha com Kelvin. Sabemos que 727^circ C = 727 + 273 = 1000 K.

Passo 3

Agora, vamos calcular a quantidade de mols que entram no sistema por minuto. Usamos a fórmula da Lei dos Gases Ideais rearranjada para molaridade:
n = P times VR times T
Onde:
  • P = 10 atm
  • V = 2,5 L/min
  • R = 0,0821 L cdot atm / mol cdot K
  • T = 1000 K
Assim:
n = 10 times 2,50,0821 times 1000 approx 2582,1 approx 0,304 mol/min

Passo 4

Como as concentrações iniciais de A e B são iguais, e a reação consome A e B na razão 2:4 (ou 1:2 simplificando), podemos dividir os mols de entrada igualmente entre A e B.
Então, mols de A entrando por minuto: nA^in = 0,3042 = 0,152 mol/min
E mols de B entrando por minuto: nB^in = 0,3042 = 0,152 mol/min

Passo 5

Com uma conversão de 25%, significa que 25% de A foi consumido na reação. Então, mols de A consumidos:
nA^consumidos = 0,152 times 0,25 = 0,038 mol/min

Passo 6

Pela estequiometria da reação, para cada 2 mols de A consumidos, 4 mols de B são consumidos. Então, mols de B consumidos:
nB^consumidos = 0,038 times 2 = 0,076 mol/min

Passo 7

Agora, vamos calcular os mols de A e B que saem do sistema:
  • Mols de A no produto:
nA^out = nA^in - nA^consumidos = 0,152 - 0,038 = 0,114 mol/min
  • Mols de B no produto:
nB^out = nB^in - nB^consumidos = 0,152 - 0,076 = 0,076 mol/min

Passo 8

Para os mols de R produzidos, pela reação, a cada 2 mols de A consumidos, 2 mols de R são produzidos. Então:
nR^prod = nA^consumidos = 0,038 mol/min

Resposta

Os fluxos molares quando a conversão é de 25% são:
  • FA = 0,114 mol/min
  • FB = 0,076 mol/min
  • FR = 0,038 mol/min

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