Lista 3 - Cinética

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EQE364 - Cinética Química e Reatores 
Prof. Arthur Mussi 
 
3a Lista de Exercícios 
 
1) As seguintes reações em fase líquida ocorrem em um reator batelada operando a 51oC. 
 
A + B → C 
A + B → D 
 
Utilizando-se concentrações equimolares dos reagentes A e B, observou-se que a razão C/D ao 
longo de todo o experimento se manteve constante e igual a 19. Nas condições descritas, foram 
obtidos os seguintes dados experimentais: 
 
t (min) 0 15 23 34 42 79 98 115 
CA 
(mol/L) 
1.000 0.7408 0.6312 0.5066 0.4317 0.2059 0.1408 0.1003 
 
 
Determine a ordem global e as constantes cinéticas de cada reação. 
 
2) Sejam as reações em paralelo abaixo, irreversíveis e de primeira ordem, realizadas em reator 
batelada a volume constante. 
 
A → 2D 
A → I 
 
A tabela abaixo mostra as concentrações dos reagentes e produtos em função do tempo de 
reação. Encontre o valor das constantes cinéticas k1 e k2 de cada reação. 
 
Tempo (h) 0 1,2 3,5 9,0 
CA (mol/L) 1,8 1.23 0.59 0.10 
CD (mol/L) 0 0.9 1.89 2.65 
CI (mol/L) 0 0.13 0.27 0.37 
 
3) Seja a transformação do isopropilbenzeno (A) na presença de ácido fluorídrico em 
isopropil-secbutil benzeno (B) e isopropil-di-secbutil benzeno (C). A partir dos dados abaixo, 
determine as velocidades específicas de reação. 
 
t (min) 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.23 2.5 3.0 5.0 
CA 
(mol/L) 
1 0.6 0.37 0.22 0.14 0.107 0.082 0.050 0.007 
CB 
(mol/L) 
0 0.38 0.58 0.68 0.71 0.715 0.71 0.69 0.548 
CC 
(mol/L) 
0 0.02 0.05 0.10 0.15 0.178 0.21 0.26 0.445 
 
4) Deseja-se produzir uma substância de interesse B a partir da substância A de acordo com a 
reação simplificada A → B em fase líquida com concentração inicial de A de 1 mol/L. Sabe-se que 
essa reação é de primeira ordem e que sua constante cinética é k = 0.01 min-1. Entretanto, ao 
obter uma equação para o rendimento de B a partir de A, chegou-se à seguinte expressão: 
 
 𝑌
𝐵/𝐴
 = 
0.01𝐶
𝐴
0.01𝐶
𝐴
+ 0.005
 
Verificou-se também que, a partir da análise cromatográfica para quantificação de A e B, um outro 
composto C foi formado ao longo do experimento. Explique essa observação e proponha uma 
expressão para o perfil cinético da concentração do componente A ao longo do tempo. Para 
aumentar a seletividade de B para C no processo, qual recomendação você daria em termos das 
condições do experimento? 
 
5) A reação global para a formação de poliuretanos e poliésteres a partir de um tiol (RSH) é: 
 
RSH + CH2=CHR’ → RSCH2CH2R’ 
 
Foi proposto o seguinte mecanismo para explicar a reação global acima: 
 
Iniciação: RSH → RS* + H* 
Transferência: H* + RSH → H2 + RS* 
Propagação: RS* + CH2=CHR’ → RSCH2CHR’ 
RSCH2CHR’ + RSH → RSCH2CH2R’ + RS* 
Terminação: 2RS* → RSSR 
Considere que os compostos que não aparecem na reação global são intermediários, exceto o H2 
cuja concentração pode facilmente ser medida na saída do reator. 
 
a) Determine a equação da taxa de desaparecimento do tiol (RSH) a partir do mecanismo 
proposto. Suponto uma alimentação equimolar dos reagentes, qual seria a ordem global 
da reação a partir desse mecanismo? 
b) Agora, suponha que a reação global seja irreversível e elementar, com alimentação 
equimolar dos reagentes. Proponha uma equação da taxa para o desaparecimento do tiol 
(RSH). Qual é a ordem global nesse caso? 
c) A partir dos dados da tabela abaixo, obtidos em reator batelada a volume constante, qual 
dos modelos de equação de taxa representa a cinética da reação de forma mais 
satisfatória? Justifique. 
 
t (s) 0 300 600 900 1800 3710 
CRSH 
(mol/L) 
0.874 0.510 0.478 0.432 0.343 0.223 
 
6) A temperatura ambiente, a sacarose é hidrolisada pela ação catalítica da enzima sacarase: 
 
Sacarose → Produtos 
 
No início da reação, as concentrações de sacarose e da enzima são respectivamente iguais a 1,0 
mmol/L e 0,01 mmol/L. Os seguintes dados cinéticos foram obtidos em reator batelada a volume 
constante, com o tempo medido em horas e a concentração em mmol/L: 
 
t 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 
Csacarose 0.84 0.68 0.53 0.38 0.27 0.16 0.09 0.04 0.018 0.006 0.0025 
 
Verifique se esses dados cinéticos podem ser ajustados razoavelmente a uma equação cinética do 
tipo Michaelis-Menten. 
 
7) Suponha que uma reação enzimática ocorre de acordo com o mecanismo de Michaelis-Menten 
a partir de um substrato S, uma enzima E e um produto P: 
 
E + S ↔ ES → E + P 
 
Sabe-se que a taxa de formação de produto nessas condições é 
 𝑟
𝑃
 = 
𝑉
𝑚𝑎𝑥
 𝐶
𝑆
𝐾
𝑀
 + 𝐶
𝑆
 𝑉
𝑚𝑎𝑥
 = 𝑘
3
 𝐶
𝐸0
 𝐾
𝑀
 = 
𝑘
2
 + 𝑘
3
𝑘
1
 
Em que k1 e k2 são as constantes de velocidade da reação direta e inversa da primeira etapa e k3 é 
a constante de velocidade da segunda etapa. Suponha agora que um novo composto I é capaz 
de formar um complexo enzima-substrato com a enzima E, numa inibição competitiva de acordo 
com a reação: 
 
E + I ↔ EI 
 
Suponha que essa reação se encontre em equilíbrio termodinâmico com constante KI. Determine 
uma expressão para a velocidade de formação do produto P nesse caso. Se desejássemos 
determinar os parâmetros cinéticos para esse caso sem considerar essa inibição, quais 
parâmetros entre KM e Vmax seriam erroneamente determinados?