lista cinética 3 - reações reversíveis em BSTR

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UNIVERSIDADE DE RIBEIRÃO PRETO – UNAERP 
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
CINÉTICA QUÍMICA - 2008 
Lista de exercícios 3 – Reações reversíveis em reator BSTR 
Prof. Murilo D.M. Innocentini 
 
1) Um reator descontínuo é utilizado para realizar a conversão do reagente A para o produto P em fase 
líquida segundo a reação reversível de primeira ordem A?P. Para um experimento efetuado a 25 °C, 
com CAo = 10 M e CPo = 5 M, observou-se que a velocidade de consumo do reagente A era (-rA) = 
0,30 mol/l.min quando CA = 8 M. Sabendo que a concentração de equilíbrio é CAe = 1 M, pergunta-se: 
 
(a) Qual é a concentração de equilíbrio do produto P (CPe)? (CPe = 14 M) 
(b) Qual é a conversão do reagente A no equilíbrio (XAe)? (XAe = 90%) 
(c) Qual é a constante de velocidade k1? (kd = 0,04 min-1) 
(d) Qual é a constante de velocidade k2? (ki = 0,002857 min-1) 
_____________________________________________________________________________ 
2) Os seguintes dados foram obtidos a 0°C num reator descontínuo de volume constante usando gás 
puro A: 
 
Tempo (min) 0 2 4 6 8 10 12 14 ∞ 
Pressão parcial de A (mmHg) 760 600 475 390 320 275 240 215 150 
 
A estequiometria da decomposição de A é: A ? 2,5 B. Sabendo-se que a reação é de primeira ordem, 
determine: 
 
a) A equação de velocidade que melhor representa essa decomposição. (-rA) = 0.1277CA – 
0.01256CB. 
b) A pressão parcial de reagente e produto após 20 minutos 
c) O tempo necessário para que a pressão parcial do produto atinja 500 mmHg. 
Considere que R = 62,36 mmHg.litro/mol.K. 
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3) Uma reação reversível de primeira ordem A ? B ocorre em fase liquida em um reator BSTR de 
volume 10 litros. Quando o reator é alimentado com o reagente A puro em concentração CAo = 5 M, 
observa-se que a concentração de A cai para CA = 1 M após 10 min e que a concentração de equilíbrio 
é CAe = 0,5 M. Pergunta-se: 
 
a) Qual é o valor da constante de velocidade direta (kd)? (kd = 0,1997 min-1) 
b) Qual é o valor da constante de velocidade indireta (ki)? (ki = 0,0219 min-1) 
c) Qual a constante de equilíbrio? 
d) Qual o tempo necessário para se produzir 2 moles de produto? 
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4) Os seguintes dados foram obtidos para a reação reversível de segunda ordem: A + B ? C + D. 
Quando o reator BSTR de volume 5 litros foi alimentado com uma solução contendo os reagentes A e 
B puros, em concentração CAo = CBo = 2 M, foram obtidos os seguintes dados cinéticos: 
t (min) 0 2.78 6.26 10.76 16.82 25.54 39.42 66.75 ∞ 
xA (%) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 
Determine: 
 
a) A concentração de cada componente da reação no equilíbrio. 
b) As constantes cinéticas da reação. (kd = 0,02 L.mol-1.min-1, (ki = 0,005 L.mol-1.min-1) 
c) A constante de equilíbrio. (K = 4) 
d) O número de moles do produto C após 30 min. 
 
 
 
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Lista de exercícios 3 – Reações reversíveis em reator BSTR 
Prof. Murilo D.M. Innocentini 
 
5) Helin e Jungers estudaram a reação elementar reversível de segunda ordem entre o ácido sulfúrico e 
o sulfato de dietila em solução aquosa a 23°C: H2SO4 (aq) + (C2H5)2SO4 (aq) ? 2 C2H5SO4 (aq), obtendo 
os resultados da tabela abaixo. Sabendo-se que as concentrações iniciais dos reagentes são iguais a 5,5 
M, determine a equação de velocidade de consumo do ácido sulfúrico. 
 
t (min) 0 41 55 96 146 180 212 318 379 410 ∞ 
Cproduto (M) 0 1,18 1,63 2,75 3,76 4,11 4,45 5,15 5,35 5,42 5,80 
 
(R: (-ra) = 6,724x10-4CACB – 1,351x10-4Cc2). 
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6) A reação reversível elementar A + B ↔ 2 C é realizada em fase líquida à temperatura constante de 
32°C em um reator descontínuo de volume 1 litro. Quando o reator é alimentado com uma solução 
aquosa contendo 0,5 mol de A e 0,5 mol de B, observa-se que após 15 minutos a concentração de C 
atinge 0,3 M, e que no equilíbrio o grau de conversão de A é de 90%. Nessas condições, pergunta-se: 
qual o valor das constantes de velocidade direta, indireta e da constante de equilíbrio? 
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7) A reação reversível elementar de primeira ordem A ? B é realizada em fase gasosa à temperatura 
constante em um reator BSTR de volume 5 litros. Quando o reator é alimentado com 10 moles de A e 
5 moles de B observa-se que após 20 minutos o grau de conversão de A é de 50% e que após muito 
tempo a concentração de produto estabiliza-se em 2,4 M. Nessas condições, pergunta-se: 
a) Qual o grau de conversão máximo para o reagente nessa reação? 
 
b) Qual o valor das constantes de velocidade kd e ki? 
c) Qual concentração de B no reator após 2 minutos? 
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8) A produção de acetato de butila pode ser realizada a partir da reação reversível elementar entre o 
acetato de etila e o butanol: CH3COOC2H5 + C4H9OH ? CH3COOC4H9 + C2H5OH. Na temperatura 
de 300 K, a constante de equilíbrio vale 1,08, enquanto que a constante de velocidade direta é de 
9x10-5 L.mol-1.s-1. Se um reator BSTR de volume 1000 L for alimentado com quantidades 
equimolares de acetato de etila e butanol (CAo = CBo = 0,1 M; CCo = CDo = 0), pergunta-se: 
 
a) Qual o grau de conversão do acetato de etila no equilíbrio? 
b) Qual será o tempo necessário para o grau de conversão atingir 40%? 
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9) A reação elementar reversível de segunda ordem entre o ácido sulfúrico e o sulfato de dietila em 
solução aquosa a 23°C: H2SO4 (aq) + (C2H5)2SO4 (aq) ↔ 2 C2H5SO4 (aq), apresenta os seguintes valores 
para as constantes de velocidade direta e inversa: 6,724×10-4 L.mol-1.min-1 e 1,351×10-4 L.mol-1.min-1, 
respectivamente. Deseja-se efetuar esta reação em escala piloto em um reator BSTR isotérmico 
carregado com 10 L de reagentes puros em concentrações iniciais iguais a 2 M. Pergunta-se: 
 
a) Nas condições acima especificadas, será possível atingir um grau de conversão de reagentes a 
produtos de 80% no reator? Prove sua resposta com cálculos. 
b) Qual o número de moles de C2H5SO4 produzidos após 120 minutos de reação. 
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10) Os seguintes dados foram obtidos para a reação reversível de segunda ordem: A + B ? C + D. 
Quando o reator BSTR de volume 2 litros foi alimentado com uma solução contendo os reagentes A e 
B puros, em concentração equimolar de 1,5 M, foram obtidos os seguintes dados cinéticos: 
 
 
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Lista de exercícios 3 – Reações reversíveis em reator BSTR 
Prof. Murilo D.M. Innocentini 
 
t (min) 0 2,78 6,26 10,76 16,82 25,54 39,42 66,75 ∞ 
CC (M) 0 0,15 0,30 0,45 0,60 0,75 0,90 1,05 1,20 
 
Determine o tempo necessário para o grau de conversão atingir 65%. 
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11) A reação elementar reversível de segunda ordem: A + B ? 2 C apresenta os valores para as 
constantes de velocidade direta e inversa: 8×10-4 L.mol-1.min-1 e 2×10-4 L.mol-1.min-1, 
respectivamente. Sabendo-se que as concentrações iniciais dos reagentes A e B em um reator BSTR 
isotérmico são iguais a 5,0 M, determine o grau de conversão dos reagentes no equilíbrio e o tempo 
para que CA = 3 M seja atingido no reator BSTR.