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Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 16.Problemas - Ex. 46

Uma mistura de 2   m o l s de C O 2 e 1   m o l de O 2 é aquecida a 2.000   K a uma pressão de 4   a t m . Determine a composição de equilíbrio dessa mistura, considerando que apenas o C O 2 , C O , O 2 e O estão presentes.

Passo 1

Olá! tudo bem? Nesse problema precisamos determinar a composição de equilíbrio, para a temperatura e pressão dada.

Temos que a equação da reação durante esse processo pode ser expressa como:

2 C O 2 + O 2   →   x C O 2 + y C O + z O 2 + w O

Os balanços de massa para produção de hidrogênio e oxigênio são:

(1) Balanceamento de C : 2 = x + y

(2) Balanceamento de O : 6 = 2 x + y + 2 z + w

Passo 2

Os balanços de massa nos fornecem apenas duas equações com quatro incógnitas e, portanto, precisamos ter mais duas equações (que serão obtidas das relações K p ) para determinar a composição de equilíbrio da mistura.

Reação 1: C O 2   ⇌   C O + 1 2 O 2

Reação 2: O 2   ⇌   2 O

A constante de equilíbrio para essas duas reações, a 2000   K , é determinada na Tabela A- 28 :

l n K p 1 = - 6,635 →   K p 1 = 0,001314

l n K p 2 = - 14,622   →   K p 2 = 4,464 × 10 - 7  

E as relações K p para essas duas reações simultâneas são:

K p 1 = N C O v C O N O 2 v O 2 N C O 2 v C O 2 P N t o t a l ( v C O + v O 2 - v C O 2 ) e K p 2 = N O v O N O 2 v O 2 P N t o t a l ( v O - v O 2 )

Onde N t o t a l = N C O 2 + N O 2 + N C O + N O = x + y + z + w .

Então temos:

(3) 0,001314 = y z 1 / 2 x 4 x + y + z + w 1 / 2

(4) 4,464 × 10 - 7 = w 2 z 4 x + y + z + w 2 - 1

Passo 3

Por fim, resolvemos as equações (1), (2), (3) e (4) simultaneamente para determinar as quatro incógnitas x, y, z, e w. Então encontramos:

x = 1,998                     y = 0,002272                     z = 1,001                   w = 0,000579

Portanto, a composição de equilíbrio é:

1,998 C O 2 +   0,002272 C O + 1,001 O 2 + 0,000579 O

Resposta

1,998 C O 2 +   0,002272 C O + 1,001 O 2 + 0,000579 O

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