lista cinética 4 - método integral

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UNIVERSIDADE DE RIBEIRÃO PRETO – UNAERP 
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
CINÉTICA QUÍMICA - 2008 
Lista de exercícios 4 – Método integral 
Prof. Murilo D.M. Innocentini 
 
(1) Um experimento em um reator descontínuo de volume constante mostrou que a reação irreversível 
em fase gasosa S → 2C ocorre segundo uma cinética elementar de segunda ordem. Os seguintes dados 
foram obtidos experimentalmente a 0°C no reator BSTR usando como reagente o gás puro S: 
Tempo (min) 0 37 78 122 220 
PS (mmHg) 760 702 648 598 509 
 
a) Determine a constante de velocidade da reação. 
b) Qual a pressão parcial dos gases após 4 horas? 
Dados: R = 62,36 mmHg.litro.Kelvin-1 mol-1 
 
(2) Os dados abaixo foram obtidos a 320°C para a reação SO2Cl2 ? SO2 + Cl2: 
Tempo (horas) 0 1 2 3 4 
C[SO2Cl2] (mol/l) 1,200 1,109 1,024 0,946 0,874 
 
Encontre a ordem da reação e a constante de velocidade dessa reação. 
 
(3) A 310°C a decomposição térmica da arsina se dá conforme a equação: 2AsH3 (g)?2As (s) + 3H2 (g). 
A esta temperatura foram obtidos os seguintes dados em um reator batelada: 
 
Tempo (horas) 0 3 4 5 6 7 8 
C[AsH3] (mol/l) 0,0216 0,0164 0,0151 0,0137 0,0126 0,0115 0,0105 
 
Encontre a ordem da reação e a constante de velocidade a 310°C. 
 
(4) A decomposição térmica do éter metílico procede conforme a equação: 
 
(CH3)O (g) ? CH4 (g) + H2 (g) + CO (g) 
 
Uma amostra de éter metílico puro foi colocada em um reator BSTR e aquecida rapidamente até 
504ºC. Durante a reação, foi observada a seguinte variação da pressão: 
Tempo (min) 0 6,50 12,95 19,92 52,58 
Pressão total, P (mmHg) 312 408 488 562 779 
a) Calcule a ordem de reação e especifique a constante de velocidade a 504ºC. (n=1; k1 = 2,61x10-2 min-1). 
b) Qual a pressão parcial e a fração molar de cada componente após 2 horas? 
c) Quanto tempo é necessário para a conversão de éter atingir 99%? 
Considere que R = 62,36 mmHg.litro.Kelvin-1 mol-1. 
 
5) A reação irreversível em fase líquida de segunda ordem: A + 3 B ? 3C + D é realizada em um 
reator descontínuo de volume 10 L. Quando o reator é preenchido com uma solução contendo 10 
moles de A e 20 moles de B, obtém-se os seguintes dados cinéticos: 
 
t (min) 0.0 2.9 6.7 12.1 20.3 34.7 69.3 
CA (M) 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 
 
Pergunta-se: 
a) Qual a constante cinética da reação? (k2 = 0.02 L/mol.min) 
b) Qual o reagente limitante? Qual o tempo necessário para que ele termine? 
c) Qual o grau de conversão máximo do reagente A? 
 
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CINÉTICA QUÍMICA - 2008 
Lista de exercícios 4 – Método integral 
Prof. Murilo D.M. Innocentini 
 
d) Qual o número de moles do reagente B após 50 min? 
 
6) A reação química irreversível elementar em fase gasosa C2H5NH2 ? C2H4 + NH3 foi realizada em 
escala de laboratório em um reator descontínuo de volume constante e isotérmico. Quando o reator foi 
carregado com C2H5NH2 puro em temperatura de 500°C, os seguintes dados de pressão absoluta total 
no reator foram obtidos em função do tempo: 
 
 
t (s) 0 60 360 600 1200 1500 
Ptotal (mmHg) 55 60 79 89 102 105 
 
a) Determine a expressão completa de velocidade para essa reação a 500°C. 
b) Qual a máxima pressão que o reator atingirá no experimento em laboratório? 
c) Para um reator BSTR industrial, operando em mesma temperatura do ensaio em laboratório, qual o 
tempo necessário para produzir 6,720 kg de C2H4 a partir de um carregamento de 11,368 kg de 
C2H5NH2 puro? 
d) Qual será o volume do reator se pressão inicial no reator for de 3800 mmHg? 
 
7) A decomposição elementar em fase gasosa do éter dimetílico resulta em metano, hidrogênio e 
monóxido de carbono: (CH3)2O ? CH4 + H2 + CO. Em um reator de aço inox 316L, de volume 5 L, 
carregado rapidamente com éter puro em temperatura de 504°C e pressão de 8 atm, os seguintes dados 
foram obtidos: 
Tempo (s) 0 311 669 1093 1612 2281 
Pressão no reator (atm) 8 10 12 14 16 18 
a) Determine o valor da constante de velocidade para essa reação. 
b) Qual a fração molar de metano após 1 hora de reação? 
 
8) Uma reação irreversível A ? 2 B foi realizada em um reator descontínuo isotérmico. O reator foi 
carregado com o reagente A puro em concentração inicial de 5 M e os seguintes dados foram obtidos: 
 
Tempo (min) 0 0,3177 1,2099 4,875 41,3333 333,000
Concentração de produto (M) 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 9,0 
 
Verifique pelo método integral se a reação é de ordem 2 ou 4. Qual o valor da constante de 
velocidade? (R: ordem 4, k4 = 8,0x10-3 L3/mol3.min). 
 
9) A reação de síntese 2A ? B tem expressão de velocidade de formação do produto B dada por: (rB) 
= 0,5kCA1,8. Um ensaio em laboratório foi realizado com o carregamento de um reator BSTR com o 
reagente A puro em pressão de 4000 mmHg e temperatura de 410°C. Os seguintes dados foram 
obtidos em função do tempo de reação: 
 
Tempo (min) 0,0 42,9 122,9 336,9 709,6 
Pressão total no reator (mmHg) 4000 3000 2000 1000 500 
 
Se essa mesma reação for realizada no reator BSTR carregado com 50% de inertes e 50% do reagente 
A, em mesma pressão inicial e temperatura, qual será o grau de conversão do reagente A no reator 
após 3 horas? Valor: 3,5 pontos. (R: k = 5x10-2; XA = 45,4%). 
 
 
 
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Lista de exercícios 4 – Método integral 
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10) A decomposição térmica do éter metílico: (CH3)O (g) ? CH4 (g) + H2 (g) + CO (g) ocorre segundo 
cinética elementar e ocasiona a seguinte variação de pressão quando realizada em autoclave de 500 
mL na temperatura de 781 K: 
 
Tempo (min) 0,00 5,41 11,70 19,24 28,63 
Pressão total, P (mmHg) 760 960 1160 1360 1560 
 
a) Obtenha o valor da constante de velocidade para essa reação. 
 
b) Qual a fração molar de cada componente no reator após 1 hora?