Ano 2021#cinética química#lei de velocidade#gases ideais#lei de Dalton#pressão parcial#ordem de reação#fase2#discursiva

Sobre o tema

Este problema de cinética química do ITA 2021 aborda a decomposição de um gás em um reator com válvula de alívio de pressão. Envolve conceitos de ordem de reação (ordem zero), lei de velocidade, gases ideais, pressões parciais e estequiometria. A taxa de consumo de A é constante, independente da pressão parcial, caracterizando uma reação de ordem zero. A variação da pressão total ao longo do tempo é calculada considerando a estequiometria da reação e o aumento do número de mols. O problema exige determinar o instante em que a pressão atinge o limite de acionamento da válvula, as pressões parciais nesse momento e a quantidade máxima adicional de mistura que pode ser introduzida sem exceder o limite. Esses tópicos são fundamentais para engenharia química e termodinâmica.

Tópicos relacionados

  • Cinética de ordem zero em fase gasosa
  • Lei de Dalton e pressões parciais
  • Estequiometria de reações com variação de mols
  • Cálculo de tempo em reatores batch
  • Relação entre pressão total e avanço da reação

Enunciado

Um reator químico, projetado com uma válvula de alívio de pressão que é acionada a 8,5 atm, contém uma mistura gasosa composta por quantidades iguais de um reagente (A) e de uma substância inerte (B), a 10 °C e 2 atm. Ao elevar rapidamente a temperatura do reator para 293 °C, o reagente A começa a se decompor de acordo com a seguinte equação estequiométrica genérica:

2A(g) → 3C(g) + 4D(g) + E(g)

Sabendo que a velocidade de consumo de A nessa temperatura é dada por νA = -0,25 × (PA)⁰ (em atm·h⁻¹), onde PA corresponde à pressão parcial da substância A, responda:

a) Após quanto tempo de reação a válvula de alívio é acionada?

b) Quais as pressões parciais de cada espécie (A, B, C, D e E) presente no reator no momento do acionamento da válvula de alívio?

c) Assumindo 100% de rendimento da reação, qual a quantidade máxima de mistura gasosa que pode ser adicionada ao reator sem que a válvula de alívio seja acionada?

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Perguntas frequentes

O que caracteriza uma reação de ordem zero?

Em uma reação de ordem zero, a taxa de reação é constante e independente da concentração dos reagentes. A velocidade é determinada apenas pela constante de velocidade, como no caso em que νA = -0,25 atm/h, independente da pressão parcial de A.

Como a estequiometria afeta a pressão total em uma reação gasosa?

Quando uma reação gasosa ocorre com variação no número de mols, a pressão total muda mesmo a volume constante. Por exemplo, na reação 2A → 3C+4D+E, há um aumento de 8 mols para 2 mols consumidos, resultando em aumento líquido de 6 mols, elevando a pressão.

Qual a importância da válvula de alívio de pressão em reatores?

A válvula de alívio é um dispositivo de segurança que evita o acúmulo excessivo de pressão no reator, prevenindo explosões. Ela é acionada quando a pressão interna atinge um valor limite predeterminado, liberando gás para o ambiente.

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