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Dpto. de Ingeniería Química Prof. Rubén López Fonseca
PROBLEMAS DE FUNDAMENTOS DE CINÉTICA QUÍMICA APLICADA
TEMA 4. MÉTODOS INTEGRALES DE ANÁLISIS DE DATOS CINÉTICOS
Apdo. 644 P.K. e-mail: [email protected]
del País Vasco^ Universidad^ Euskal HerrikoUnibertsitatea
eman ta zabal zazu
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- La reacción en fase líquida A ↔ R + S transcurre de acuerdo con los siguientes datos:
t, min (^0 36 65 100 160) ∞ CA, M 0,1823 0,1453 0,1216 0,1025 0,0795 0,
Las concentraciones iniciales son: CA0= 0,1823 M, CR0= 0 M, CS0= 55M. La concentración de S es suficientemente elevada como para considerarla constante. Determine la ecuación cinética. Suponga que la reacción es elemental.
- Una reacción A + B → R + S en fase líquida transcurre a 300 °C. El anál isis de varias muestras extraídas del reactor discontinuo a diferentes tiempos de reacción proporciona los resultados mostrados en la tabla. Muestra 1 2 3 4 t, min 15 40 60 100 XA 0,15 0,29 0,37 0,
Si CAo y CBo son 1 M, determine la ecuación cinética.
- Para una reacción de orden cero A → rR, que se efectúa en un recipiente a volumen constante, con un 20% de inertes la presión se eleva desde 1 atm hasta 1,3 atm en 2 min. Si la misma reacción se efectúa en un reactor discontinuo a presión constante, ¿cuál es la variación fraccional del volumen que se producirá en 4 min si la alimentación está a 3 atm y contiene un 40 % de inertes?
- Cuando la descomposición de primer orden de fase gas A → 2,5R se realiza en un reactor isotermo discontinuo a 2 atm con un 20% de inertes, el volumen aumenta el 60% en 20 min. Calcular el tiempo necesario en un reactor de volumen constante para que la presión alcance 8 atm, si la presión total es de 5 atm y la parcial de inertes es de 2 atm.
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- Tiene lugar la reacción irreversible en fase gas A → R + S en un capilar calibrado introducido en un baño de agua a 100°C. El capilar está sometido a una presión adicional a la atmósfera de 1000 mmHg.
L (cm)
Se obtienen los siguientes datos de la longitud del capilar ocupado por la mezcla en función del tiempo. t, min 0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 6,0 10,0 (^) ∞ L, cm 6,1 6,8 7,2 7,5 7,85 8,1 8,4 8,7 9,
Calcule la ecuación cinética en unidades de mol, litro y minutos.
- Determine la constante cinética de la desaparición de A en la reacción de primer orden en fase gas 2A → R. Se sabe que si la presión se mantiene constante el volumen de la mezcla disminuye un 20% en 3 min cuando la mezcla de partida contiene un 80% de A y 20% inertes.
- Para la descomposición térmica del N 2 O a 1030 K, se encontró que el periodo de semi- reacción, t1/2, variaba con la presión inicial, P 0 , como se muestra a continuación: P 0 , Torr 86,5 164 290 360 t1/2, s 634 393 255 212
Deduzca la ecuación cinética correspondiente a la reacción. La reacción se lleva a cabo a volumen constante.
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- Se ha estudiado en el laboratorio la reacción irreversible de descomposición del reactivo A según A → 3R. La reacción se ha llevado a cabo en un reactor continuo de flujo pistón, al que alimentaba A puro a una presión de 2 atm. En la tabla se muestran los datos experimentales de concentración frente a tiempo espacial obtenidos. τ, min 10 25 40 55 70 85 100 120 CA⋅ 102 , mol l-1^ 3,80^ 3,00^ 2,50^ 2,20^ 1,90^ 1,72^ 1,50^ 1,
Determine el orden de la reacción y la constante cinética.
- En la descomposición homogénea del dióxido de nitrógeno (2NO 2 → N 2 + 2O 2 ) a temperatura constante, se observa que el tiempo de semirreación es inversamente proporcional a la presión inicial. Los resultados obtenidos a diferentes condiciones son: T, ºC 694 757 812 P 0 , atm 0,392 0,480 0, t1/2, s 1520 212 53
Determine el orden cinético de la reacción, el valor de la constante cinética a 694 ºC y la energía de activación. ¿Cuál es la fracción molar de N 2 a 694 ºC para t1/2 y t3/4?
- En un reactor cerrado de 5 dm^3 de capacidad, se estudia a 25 ºC la reacción irreversible homogénea en fase gas que presenta la siguiente estequiometría A + B → 2C + D. Partiendo de una mezcla equimolar de A y B, se han obtenido los siguientes valores experimentales de la presión total P en función del tiempo: t, s 0 5 10 20 50 100 P, mm Hg 760,0 802,2 835,0 887,4 970,8 1032
Determine: a) La presión en el interior del reactor a tiempo infinito, el orden cinético global y la constante de velocidad de reacción. b) El tiempo necesario para que la presión en el interior del reactor sea 1,2 atmósferas y el número de moles formados del componente D en el tiempo correspondiente al apartado anterior.
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SOLUCIONES
1. −r A ( mol l −^1 min −^1 ) = 6 78 10, i −^3 (min −^1 ) CA −4 58 10, i −^5 ( l mol −^1 min −^1 )C CR S
2. −r A ( mol l −^1 min −^1 ) = 1 255 10, i −^2 ( l 2 8,^ mol −2 8^ ,^ min −^1 )C2 8A,
- V/V 0 =1,22 (aumento en el volumen del 22%)
- t=31,7 min
5. −r A ( mol l −^1 min −^1 ) = 1 255 10, i −^2 ( l mol −^1 min −^1 )CA^2
- k=0,231 min-
- k=2,79⋅ 10 -6^ Torr-1,3^ s-
8. −r A ( mmol l −^1 h −^1 ) =0 015 l, ( mmol −^1 h −^1 )C^2 A
9. −r A ( mol l −^1 min −^1 ) =0 0561 l, ( mol −^1 min −^1 )CA^2
10. −r A ( mol l −^1 h −^1 ) =19 6 l, ( mol −^1 h −^1 )CA^2
11. −r A ( mol l −^1 min −^1 ) = 7 38 10, i −^3 (min −^1 )CA
- a) n=2; b) k(694 ºC)=0,0665 l mol-1^ s-1; c) Ea=245 kJ mol-1; d) y(X=25%)=20%; e) y(X=75%)=27,3%
- A) a) 1,5 atm; b) n=2; c) k=1,232 l mol-1^ s-
B) a) t=26,5 s; b) nº de moles D=0,
