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QFL 2452 – Lista 3 (A Corça de Cerineia) – Equilíbrio Químico – Entrega dia 20/03 (marcados com *) 16*) Considere o equilíbrio 2NO2(g) = N2O4(g) e que os gases são ideais. a) determine ∆H0 a 298.15 K e 1 bar de pressão. b) Determine ∆μ0 para a reação. c) Determine Kp e Kc a 298.15 K. d) Obtenha ∆H0 como função da temperatura, considerando que Cp(molar) do NO2 e do N2O4 são constantes e 37.20 e 77.28 J mol‐1 K‐1, respectivamente. e) Obtenha uma expressão analítica para Kp e Kc em função da temperatura. Faça um gráfico de Kp e Kc por T e ln(Kp) e ln(Kc) por 1/T entre 298 e 1000 K. Por que os gráficos de ln por 1/T são lineares? f) Considere que um mol de NO2 é colocado em um recipiente de 2L de volume fixo. Obtenha uma expressão analítica para [N2O4]eq e plote essa concentração em função de T. Faça o mesmo com a escala logarítmica. g) Vamos imaginar que você seja ganancioso e queira vender o N2O4 obtido por esse método. Se você conduzir a reação em temperaturas altas, você sabe que a reação será rápida, e tempo é dinheiro! O que fazer? Usar temperaturas altas, baixas, ou intermediarias? Justifique. (Não reclame que são muitos itens, pois se isso não fosse um exercício, mas seu chefe cobrando a temperatura do reator, ele iria direto ao item g.) 17*) Suponha que a equação ܸܲ ൌ ܴ݊ܶ ݊ߙܲrepresente um gás real e que α seja somente função da temperatura. a) obtenha uma expressão em função de T, P e α para a fugacidade e o coeficiente de fugacidade do gás regido por essa equação. 19) Deduza as equações do slide 4 e 5 (Kp(T)) da aula 4. 20) Para um determinado sistema, as constantes de equilíbrio do quadro abaixo foram medidas em função da temperatura. Usando esses valores, faça um gráfico de ln(Kp) por T‐1. Determine a entalpia desse processo a partir desse gráfico. T/K 300 350 400 450 500 550 600 Kp 5.84 0.227 1.93 10‐2 2.81 10‐3 6.33 10‐4 1.89 10‐4 6.68 10‐5 21) Em um recipiente de 10,0L foi adicionado 0,1mol de NO2, que aquecido a 750 K se decompõe em NO e O2. Após determinado tempo de reação, a pressão do sistema se manteve estável em 0,827 bar. Com base nesses resultados, determine o grau de avanço da reação (ξ) para os seguintes casos: a) Nas condições estabelecidas no enunciado; b) Se inicialmente, 0,1 mol de N2 (inerte) for misturado ao 0,1 mol de NO2, resultando, após a reação, em uma pressão de equilíbrio de 0,712 bar. 22) No seção 6.5 do Levine são discutidos os equilíbrios simultâneos. O exercício 6.47 é um desafio interessante para aqueles que se interessarem. O exercício está no arquivo da seção 6.5 no site da disciplina. 23) Foi dito que, caso o exercício 16 fosse real, a pergunta seria diretamente sobre a temperatura do reator. Entretanto, outro ponto importante que não seria facilitado é o comportamento não ideal dos gases. Dessa forma, se você tiver muito tempo livre e já estiver dominando completamente os outros pontos do equilíbrio, avalie os gases do exercício 16 como reais. Para tanto, considere que os gases podem ser descritos por uma equação de virial truncada no terceiro termo, que a lei de Dalton se aplica e que a fugacidade dos gases depende somente da temperatura e da pressão parcial do próprio gás, independente dos outros presentes na mistura. a) Considerando que Cp(molar)NO2 = 6.37 + 0.0101T – 34.05 10‐7 T2 cal mol‐1 K‐1 e Cp(molar)NO2 = 10.719 + 0.0286T – 87.26 10‐7 T2 cal mol‐1 K‐1, obtenha ∆H0 em função de T e faça um gráfico dessa função entre 298 e 400 K. b) Obtenha Kp em função de T e faça um gráfico no mesmo intervalo do interior. c) Considerando a equação de virial simplificada PV = RT + C2(T)P + C3(T)P2/RT (Equação de Reichsanstalt), onde podemos estimar os parâmetros Ci a partir dos parâmetros de VDW como C2(T) = b – a/RT e C3(T) = b2 (a = 5.354 L2 bar mol‐2 e b = 0.04424 L mol‐1 para NO2 e a = 6.550 L2 bar mol‐2 e b = 0.05636 L mol‐1 para N2O4), plote gráficos da fugacidade de cada gás em função da pressão (1 a 400 bar) a 298.15 K. d) Calcule o coeficiente de fugacidade em função da pressão e construa um gráfico no mesmo intervalo do anterior. e) Assuma por um instante que os gases são ideias e calcule a fração molar dos gases como função da pressão total (basta fazer para um dos gases!). Faça um gráfico da fração molar de N2O4 em função da pressão total de 1 a 400 bar, e outro, de 1 a 50 bar. f) Considere que não são ideais e faça o mesmo procedimento do item e. g) Plote um gráfico comparando o resultado do item e com o item f e utilize o gráfico para calcular a erro percentual de considerar gases como ideias nesse caso.
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