Reação em fase gasosa. Uma mistura de
de
e
de ar (
de
e
de
) é alimentada a um reator de escoamento no qual o
é oxidado. Pressão total é 1485 kPa e a temperatura é constante e igual a
.
Expresse a Lei de Velocidade em função de
. Considere reação de primeira ordem em cada um dos reagentes (
.s).
Expresse a Lei de Velocidade em função de
Passo 1
Beleza, vamos bolar a parada toda. O enunciado fala de uma reação gasosa num reator de escoamento onde uma mistura com 28 % de SO₂ e 72 % de ar (que é 21 % de O₂ e 79 % de N₂) sofre a reação
A pressão total é 1485 kPa e a temperatura tá constante em 227 °C.
O que a gente precisa:
O que a gente precisa:
- Expressar a lei de velocidade
em função da conversão do SO₂. - Usar idealmente: PVT (lei dos gases ideais) e as relações estequiométricas pra ligar concentração com
. - Levar em conta que
.
Passo 2
Primeiro a gente acha as frações molares iniciais de cada gás na alimentação:
-
- O ar é 72 % do total, e nele
é O₂ e é N₂, então
Passo teorético: num gás ideal, a fração molar multiplica a concentração total pra dar a concentração de cada componente:
Passo 3
Agora determina
pela lei dos gases ideais:
Então
Logo as concentrações iniciais:
Passo 4
A conversão
é definida com base no SO₂ (limite). Então, à medida que avança a reação,
- o SO₂ cai de
pra - o O₂ é consumido de acordo com a estequiometria:
a cada 2 mol de SO₂ consumidos () a gente consome 1 mol de O₂ ( ).
Como o consumo de SO₂ é, a quantidade de “eventos de reação” é , logo
Passo teórico: a relação linear entre consumo e conversão vem direto da estequiometria dividida pelo coeficiente do reagente limitante.
Passo 5
A lei de velocidade dada era de primeira ordem em cada reagente:
Basta substituir:
Resposta
Ou, de forma genérica sem números já aplicados: