P1 CINETICA 07 abr 2018

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UNISANTA – SANTOS (SP) – 6º ENGENHARIA QUÍMICA NOTURNO – PROF. HERNANDES
P1 DE CINÉTICA QUÍMICA– 07/04/18
NOME DO ALUNO:____________________________________ Nº MATRÍCULA: ______________
AVISO: PROVA ESCRITA, INDIVIDUAL, COM CONSULTA EXCLUSIVA AO FORMULÁRIO EM ANEXO.
É PERMITIDO O USO DE QUALQUER TIPO DE CALCULADORA.
NÃO É PERMITIDO O USO DE NOTEBOOKS, CELULARES OU SIMILARES.
DURAÇÃO DA PROVA 180 MINUTOS. CADA QUESTÃO VALE 2,0 PONTOS.
1ª QUESTÃO: Seja a reação de combustão completa do butano, em fase gasosa. Sabendo-se que foram alimentados 100 mol de propano e 100 mol de gás oxigênio do ar (21mol% de O2 e 79 mol% de N2) em uma câmara de combustão de 10 L de capacidade, e que a reação durou 100 segundos com 85% de conversão do reagente limitante, pedem-se:
a) A composição molar da mistura efluente da câmara de combustão;
b) A velocidade de formação e de consumo das espécies químicas participantes da reação;
c) Um esboço gráfico da quantidade de matéria, em mol, das espécies químicas do processo versus tempo, em segundos.
2ª QUESTÃO: Seja a reação em fase líquida 3 A + B R, de 1ª ordem em A e 1ª ordem em B, com CB0 / CA0 1 / 3. Deduza uma equação cinética, em termos de conversão de A e a sua expressão de tempo de meia-vida.
3ª QUESTÃO: Determinar as ordens parciais, ordem global e a constante de velocidade da reação química, em fase líquida, A + 3 B + 2R P + 3 Q, cujos dados experimentais revelam:
	[A], mol/L
	[B], mol/L
	[R], mol/L
	rA . 103, mol/ (L.h)
	0,25
	0,75
	0,50
	0,620 
	0,25
	0,50
	0,75
	0,930 
	0,50
	0,75
	0,80
	2,480 
	0,75
	0,50
	0,25
	8,370
4ª QUESTÃO: A reação química, de ordem zero, em fase gasosa, 3 A R, é processada num reator descontínuo isotérmico e isobárico a 87°C e 1,5 atm com alimentação de 60% de A e 40% de inertes em volume. Ao fim de 40,0 min, o volume inicial do sistema reacional reduziu de 30%. Se a mesma reação for processada no mesmo reator, à mesma temperatura e pressão anteriores constantes, porém com alimentação de 45 mol% de A e o resto de inertes, e se o volume reduzir para 85% do inicial, qual será o tempo necessário de reação decorrido para isso?
5ª QUESTÃO: Uma reação em fase gasosa, de 2ª ordem, 2 M + N 3 C, foi processada em um sistema contendo inicialmente 0,07 mol/L de M e 0,04 mol/L de N. Após 4,0 horas, a concentração de M caiu para 0,01 mol/L. Estimar: (a) o tempo para C atingir a concentração de 0,07 mol/L; e (b) a concentração de C no instante 1,5 hora.
BOA PROVA!
FORMULÁRIO DE CINÉTICA QUÍMICA – P1 (1º SEMESTRE DE 2018)
(1) 
 
(2) 
Para processo isobárico (P = P0), isotérmico (T = T0) e o fator de compressibilidade constante (Z = Z0) , tem-se: .
(3) , R = 0,08206 atm . L .mol1. K1 = 62,36 mm Hg . L. mol1. K1
(4) 
(5) Unidades da constante de velocidade ou velocidade específica: [k] = (volume) n1 . mol 1 n . (tempo)1
(6) Caracterização matemática de sistemas com reações simples, homogêneas, irreversíveis:
(6.1) Para reações gasosas do tipo A → P, em termos de concentração em mol do reagente-limite A.
 
 (eq. diferencial muito complexa) 
 (6.2) Para reações gasosas do tipo A → P, em termos de conversão fracional do reagente-limite A.
 , 
 
 (6.3) Para reações líquidas do tipo A → P, em termos de concentração em mol do reagente-limite A.
 
 
 (6.4) Para reações líquidas do tipo A → P, em termos de conversão fracional do reagente-limite A.
 , 
 
 Com estas expressões são deduzidas as equações cinéticas para reações homogêneas irreversíveis simples:
(7) FORMULÁRIO DE EQUAÇÕES CINÉTICAS DE REAÇÕES QUÍMICAS HOMOGÊNEAS (FASE LÍQUIDA E GASOSA), SIMPLES, IRREVERSÍVEIS:
(nas equações de 1 a 15, no lugar de CA0 e CA podem ser usados também: mA0 e mA ou pA0 e pA)
 (7.1) Reações de ordem zero: A P 
· 
fase líquida: (EQ. 1)
 ou (EQ. 2) 
· 
 fase gasosa: (EQ. 3) 
 
 (7.2) Reações de 1ª ordem: A P
· 
fase líquida: (EQ. 4) 
 ou (EQ. 5) 
· 
fase gasosa: (EQ. 6) 
ou (EQ.7) 
 (7.3) Reações de 2ª ordem: 
 * 2 A P ou A + B P , com CA0 = CB0 
· 
fase líquida: (EQ. 8) 
· 
 ou (EQ.9) 
· 
fase gasosa: (EQ. 10) 
 ** A + B P , com CA0 CB0
· 
fase líquida: , com M = CB0 / CA0 1 (EQ.11)
 ou (EQ. 12)
· fase gasosa: ( a deduzir )
 *** A + 2 B P
- fase líquida: , M = CB0 / CA0 2 (EQ. 13) 
e ainda, os reagentes em proporção estequiométrica, a forma integrada é: 
 , M = CB0 / CA0 = 2 (EQ. 14 ) 
· fase gasosa: ( a deduzir )
 **** 2A + B P
-fase líquida: , M = CB0 / CA0 0,5 (EQ.15)
- fase gasosa: (a deduzir)
(8) TEMPO DE MEIA-VIDA (t1/2)
 Quando t = t1/2 CA = CA0/2 ou XA = 0,50 (50%)
 Para reações de 1ª ordem: 
 Para reação de 2ª ordem, 2 A → P, fase líquida, analogamente tem-se: 
 E assim por diante.
(9) FORMULÁRIO DE ALGUMAS INTEGRAIS ENVOLVENDO ax + b E px + q
1) 
2) 
3) 
4) , se n = -1, usar eq. (1)
5) 
6) 
BOA PROVA!
)
1
(
0
A
AX
V
V
e
+
=
n
y
A
A
D
=
0
e
n
A
A
C
k
r
=
-
dt
dV
V
C
dt
dC
r
A
A
A
-
-
=
-
)
1
(
)
1
(
0
A
A
A
A
A
X
X
C
C
e
+
-
=
dt
dX
X
C
r
A
A
A
A
A
e
+
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-
1
0
dt
dC
r
A
A
-
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-
)
1
(
0
A
A
A
X
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C
-
=
dt
dX
C
r
A
A
A
0
=
-
t
k
C
C
A
A
=
-
0
t
k
X
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A
A
=
0
t
k
X
C
A
A
A
A
=
+
)
1
ln(
0
e
e
t
k
C
C
A
A
=
-
0
ln
t
k
X
A
=
-
-
)
1
ln(
t
k
C
C
A
A
=
-
0
1
1
t
C
k
X
X
A
A
A
0
1
=
-
t
C
k
X
X
X
A
A
A
A
A
A
0
)
1
(
ln
1
)
1
(
=
-
+
-
+
e
e
t
k
M
C
X
M
X
M
A
A
A
)
1
(
)
1
(
ln
0
-
=
-
-
t
k
C
C
C
C
C
C
A
B
A
B
A
B
)
(
ln
0
0
0
0
-
=
(
)
t
k
M
C
X
M
X
M
C
C
C
C
A
A
A
A
B
A
B
2
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1
(
2
ln
ln
0
0
0
-
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-
-
=
kt
X
X
C
C
C
A
A
A
A
A
2
1
1
1
1
0
0
=
-
×
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-
(
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t
k
M
C
X
M
X
M
A
A
A
5
,
0
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1
(
5
,
0
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0
-
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-
-
k
t
2
ln
2
/
1
=
0
2
/
1
1
A
C
k
t
=
)
ln(
1
b
ax
a
b
ax
dx
+
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ò
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ø
ö
ç
è
æ
+
=
+
ò
b
ax
x
b
b
ax
x
dx
ln
1
)
(
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(
1
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(
2
b
ax
a
b
ax
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-
=
+
ò
a
n
b
ax
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b
ax
n
n
)
1
(
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(
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(
1
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+
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+
+
ò
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ø
ö
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æ
+
+
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+
+
ò
b
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q
px
aq
bp
q
px
b
ax
dx
ln
1
)
(
)
(
)
ln(
2
q
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p
aq
bp
p
ax
dx
q
px
b
ax
+
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+
+
ò
0
0
0
0
)
1
(
Z
T
P
Z
T
P
X
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V
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A
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+
=