Um reator de produção de etano com catalisador em leito fluidizado é alimentado em contrafluxo com 94 L de gás C2H4 a 5 atm e 235 L de gás H2 a 8 a...

a) Para calcular o volume de etano produzido, podemos utilizar a equação de estado dos gases ideais, que relaciona a pressão, o volume, a temperatura e a quantidade de matéria de um gás. Assumindo que a reação é completa e que o volume total dos gases não se altera, podemos escrever: n(C2H4) = n(C2H6) PV = nRT Substituindo os valores dados, temos: (5 atm)(94 L) + (8 atm)(235 L) = n(C2H4 + C2H6)(0,0821 L atm mol^-1 K^-1)(300 K) n(C2H4 + C2H6) = 10,67 mol Como a reação é estequiométrica, todo o C2H4 é consumido para formar C2H6. Portanto, a quantidade de C2H6 produzida é igual a 10,67 mol. Para calcular o volume a 2 atm e 250 °C, podemos utilizar novamente a equação de estado dos gases ideais: PV = nRT V = nRT/P Substituindo os valores, temos: V(C2H6) = (10,67 mol)(0,0821 L atm mol^-1 K^-1)(523 K)/(2 atm) = 232,5 L Portanto, o volume de etano produzido à pressão de 2 atm e 250 °C é de 232,5 L. b) Para calcular a fração molar do etano na mistura gasosa após a reação se completar, podemos utilizar a lei de Dalton das pressões parciais, que relaciona a pressão total de uma mistura gasosa com as pressões parciais de seus componentes: Ptotal = P(C2H4) + P(C2H6) + P(H2) Como a reação é completa, a quantidade de C2H4 é igual à quantidade de C2H6 produzida. Portanto, a pressão parcial de C2H6 é igual à pressão inicial de C2H4: P(C2H6) = P(C2H4) = 5 atm A pressão parcial de H2 pode ser calculada utilizando a equação de estado dos gases ideais: PV = nRT n(H2) = (8 atm)(235 L)/(0,0821 L atm mol^-1 K^-1)(300 K) = 77,5 mol P(H2) = n(H2)RT/Vtotal = (77,5 mol)(0,0821 L atm mol^-1 K^-1)(300 K)/(329 L) = 1,81 atm Substituindo os valores na equação da pressão total, temos: Ptotal = 5 atm + 5 atm + 1,81 atm = 11,81 atm A fração molar do etano é dada pela razão entre a pressão parcial de C2H6 e a pressão total: X(C2H6) = P(C2H6)/Ptotal = 5 atm/11,81 atm = 0,423 Portanto, a fração molar do etano na mistura gasosa após a reação se completar é de 0,423.