A reforma a vapor de hidrocarbonetos é uma maneira de produzir hidrogênio gasoso (H2) para aplicação em células combustíveis. Entretanto, o gás rico em H2 produzido por esse processo se apresenta contaminado com monóxido de carbono (CO), em um teor molar porcentual de 1,0 %. Esse contaminante provoca envenenamento do catalisador da célula combustível e deve ser removido para permitir melhor operação da célula. Deseja-se separar CO do H2 gasoso empregando uma membrana cerâmica microporosa catalítica. O diâmetro médio do poro da membrana é de 15 nm , a tortuosidade tem o valor de 4,0 e a fração de vazios do sistema é 0,30 . O sistema opera a 5,0 atm de pressão e 400^circ C de temperatura.
a. Estime a concentração molar de CO na mistura.

Passo 1

Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre uma mistura de gases que contém hidrogênio ( H2) e monóxido de carbono (CO). A gente precisa descobrir a concentração molar de CO nessa mistura. Para isso, vamos usar a Lei dos Gases Ideais, que relaciona pressão, volume, temperatura e quantidade de matéria dos gases.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar a fórmula da Lei dos Gases Ideais:
PV = nRT
Onde:
  • P é a pressão,
  • V é o volume,
  • n é o número de mols,
  • R é a constante dos gases ideais ( 0,0821 , L atm/mol K),
  • T é a temperatura em Kelvin.
Queremos achar a concentração molar ( C), que é n/V. Podemos rearranjar a equação para:
C = nV = PRT

Passo 3

Agora, vamos substituir os valores que a gente tem:
  • Pressão ( P) = 5,0 atm
  • Temperatura ( T) = 400^circC = 400 + 273 = 673 , K
  • R = 0,0821 , L atm/mol K
Então:
C = 5,0 , atm0,0821 , L atm/mol K times 673 , K approx 5,055,3013 approx 0,0904 , mol/L

Passo 4

Sabemos que o teor de CO na mistura é de 1,0% molar. Isso significa que a concentração de CO é 1,0% da concentração total da mistura. Para achar isso, multiplicamos a concentração total pela fração molar de CO:
CCO = 0,01 times 0,0904 , mol/L approx 0,000904 , mol/L

Resposta

A concentração molar de CO na mistura é aproximadamente 9,04 times 10^-4 , mol/L.

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