Ejercicios cinética química

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  UNIVERSIDAD MICHOACANA DE

SAN NICOLÁS DE HIDALGO

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

CINÉTICA QUÍMICA Y CATÁLISIS

“PROBLEMAS UNIDAD I”

LUIS FERNANDO BECERRIL LOAIZA.               1547952C

MÓDULO: 03                                                 SECCIÓN: 02

PROFESOR: M.C LUIS NIETO LEMUS

MORELIA, MICH.

17 DE OCTUBRE DE 2017

Problema 1:

El metanol puede fabricarse por medio de la reacción en fase gaseosa

CO + 2H2 → CH3OH (g)

En una composición de alimentación, el gas de equilibrio a 400K y 1 atm contiene 40 mol % de H2 y las únicas otras especies presentes son CO Y CH2OH a  400K, la constante de equilibrio es 1.52 y  

ΔHo = -22580 cal/ (mol de CO).

1. Suponiendo un comportamiento ideal del gas ¿Cuál es la composición total del gas de equilibrio?
2. Considerado la misma composición de alimentación, ¿sería el equilibrio a 500K y 1 atm superior o inferior o interior a 40% de H2?

Solucion: 

nA0 = 1mol               nB0= 2mol                noT = 3 mol                υ=-1-2+1= -2

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Al ser gas ideal                   entonces : [pic 7][pic 8]

                     yA*(0.4)2 (1.52) = yC                yA*0.2432 = yc        [pic 9]

1=yA + yB + yC                         1-yB = yA + yC                       0.6 = yA + yC            

0.6= yA+ yA(0.2432)                                        0.6=yA (1.2432)

yA= 0.4826         Por lo que:      yC =0.4826* 0.2432 =  0.1174

Problema 2:

Considerando la reacción de síntesis de amoniaco:

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¿Cuáles son el cambio de energía libre de estado normal y la constante de equilibrio a 773K? Los datos de capacidad calorífica son como sigue (T= grados Kelvin (K),  Cp= cal/ (mol g)

N2: Cp=6.83 + 0.90 x 10-3 T
H2: Cp=6.52 + 0.78 x 10-3T
NH3: Cp=7.11 + 6.0 x 10-3 T

Solucion:

De tablas se obtiene:           ΔGo298.15= -16,450 J/mol

 =             Ko= 762.211[pic 11][pic 12]

Empleando la ecuación de Van Hoff:

 (1)[pic 13]

De tablas:           pasando a cal.    [pic 14][pic 15]

A traves de la ley de Kirchoff

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T[pic 19]

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Sustituyendo el valor de  en la ecs. (1) [pic 24]

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Problema 3:

Usando el valor de K del Problema 2 ¿Cuál será la conversión máxima de nitrógeno en amoniaco a 773K y 250 atm con un gas de alimentación que contiene solamente H2 y N2 con una relación molar de 3? ¿Cuál sería la conversión para una alimentación de 4.5 mol de H2 por mol de N2? Estime las fugacidades a 250 atm y 500K usando una correlación adecuada de las fugacidades de los componentes puros (véanse los textos de propiedades termodinámicas como el de Smith y Van Ness) Suponga que la mezcla gaseosa tiene un comportamiento ideal.

Solucion: 

De acuerdo a la reaccion:

H2  + N2 → NH3[pic 26]

ʋ = -1.5 – 0.5 + 1= - 1

1. 3 moles de H2 y 1 de N2

          →              [pic 27][pic 28]

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1.  4.5 moles de H2 y 1 de N2

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Problema 4:

El vapor de agua se disocia 1.85 mol % a 2000 oC y 1 atm de presión total en el equilibrio. Calcule la disociación de equilibrio a 25 oC y 1 atm.

Solucion:

Con base a la reaccion:  

H2O (g) → H2 + ½ O2

                                             Base de cálculo: 1 mol[pic 34][pic 35]

Calculando:

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υ= 1+ ½ - 1 = 0.5

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    →  [pic 40][pic 41]

Utilizando la ecuación de Van Hoff:

 (1)[pic 42]

De tablas:          [pic 43]

H2O: Cp=3.47 + 1.45 x 10-3 T+0 + 0.121 x 105 T-2
H2: Cp=3.249 + 0.422 x 10-3 T+0 + 0.83 x 105 T-2
O2: Cp=3.639 + 0.506 x 10-3 T+0 - 0.227 x 105 T-2

De acuerdo a  la ley de Kirchoff

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3.639 + 0.506 x 10-3 T+0 - 0.227 x 105 T-2)[pic 46]

 T + 0.482x10 5 T -2[pic 47]

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Sustituyendo el valor de  en la ecuacion (1)[pic 52]

K= 3.9657x10-41

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   →    [pic 54][pic 55]

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