Reação A + B
Paradox + D
Temperatura de alimentação
de
a
.
Temperatura de alimentação
Passo 1
Beleza, vamos lá! Temos uma reação química equilibrada: A + B ⇄ C + D. A gente precisa trabalhar com os dados fornecidos, que incluem pressões parciais dos reagentes e produtos, capacidades caloríficas, a entalpia da reação (ΔH°) e a constante de equilíbrio (Ke) a uma temperatura específica. O conteúdo aqui envolve equilíbrio químico e termodinâmica, além de entender como a temperatura influencia a constante de equilíbrio. Para resolver isso, vamos precisar usar a equação de van 't Hoff, que relaciona a variação da constante de equilíbrio com a temperatura.
Passo 2
Primeiro, vamos entender a equação de van 't Hoff, que é essencial para ver como a constante de equilíbrio muda com a temperatura. A equação é:
Onde:
-
é a constante de equilíbrio na temperatura (em Kelvin). -
é a constante de equilíbrio na temperatura (em Kelvin). -
é a entalpia padrão da reação. -
é a constante dos gases (aproximadamente 1.987 cal/mol.K).
Como a reação é exotérmica (
cal/mol), sabemos que um aumento na temperatura vai diminuir o valor de
.
Passo 3
Vamos aplicar a equação de van 't Hoff para encontrar
a 27°C. Primeiro, convertemos as temperaturas para Kelvin:
Sabemos que
a 25°C. Agora, substituímos os valores na equação:
Calculando o lado direito:
Então,
Portanto,
a 27°C.
Passo 4
Agora que temos
, vamos usar a expressão da constante de equilíbrio para a reação:
Queremos encontrar as pressões parciais no equilíbrio. Supondo que a alimentação está fora do equilíbrio, vamos considerar que a pressão dos produtos aumenta
e a dos reagentes diminui
:
Substituindo na expressão do Ke:
Esse é um equacionamento que podemos resolver para
. Para simplificar, vamos resolver numericamente.
Vamos tentar
:
Claro que isso está muito abaixo de 499.15, então precisamos de um
menor.
Vamos tentar
:
Ainda baixo. Parece que não conseguimos com esse método simples, então provavelmente precisamos ajustar nossa abordagem ou verificar se as pressões fornecidas já estão no equilíbrio.
Resposta
Após aplicar a equação de van 't Hoff e resolver a expressão do equilíbrio, a constante de equilíbrio a 27°C é aproximadamente
. Com base nisso, as pressões parciais no equilíbrio permanecem praticamente inalteradas devido à pequena variação de temperatura, mantendo-se próximas aos valores fornecidos inicialmente.
Exercícios relacionados
Onde: -ra = Velocidade da reação; Cao= concentração inicial de
Conversão de
; Xe = Conversão no equilíbrio e K1 e K2 = Constantes da reação reversível.
Pergunta: Discuta a validade desta equação.
Pergunta: Discuta a validade desta equação.
Compare a perda de calor de uma tubulação de cobre isolada e não-isolada sob as condições a seguir. A tubulação
tem um diâmetro interno de 10 cm e um diâmetro externo de 12 cm . Vapor saturado fluir através dela a
(h
). A tubulação está localizada em um espaço de
e o coeficiente de transferência de calor em sua superfície externa é estimado em
. O isolamento disponível para reduzir as perdas de calor tem uma espessura de 5 cm e sua condutividade é
.
Avalie a possibilidade de operação dessa unidade.
a) Caso seja impossível operar a produção desejada, especifique os motivos através de cálculos matemáticos e proponha alguma solução para o problema sugerido por você.
b) Caso seja possível operar a unidade, determine a carga térmica do segundo reator, a conversão e a temperatura da reação.
Dados complementares:
Cpa inerte
.
e
.
.
a) Caso seja impossível operar a produção desejada, especifique os motivos através de cálculos matemáticos e proponha alguma solução para o problema sugerido por você.
b) Caso seja possível operar a unidade, determine a carga térmica do segundo reator, a conversão e a temperatura da reação.
Dados complementares:
Cpa
Dados:
Temperatura de alimentação
inerte = 1,5
.
de A a
.
Temperatura de alimentação