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Ejercicio de biorreactores, Apuntes de Química

Resolución de ejercicio de biorreactores

Tipo: Apuntes

2021/2022

Subido el 28/03/2022

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NOMBRE: Leydi Maura Angeles Flores
MATRICULA: 2011118090
PROFESOR: Sergio Alejandro Medina Moreno
GRUPO: 107251 FECHA: 3/11/2021
Problema Tarea 5: Para las dos siguientes reacciones:
a) Establece las ecuaciones de velocidad de cada una de las especies químicas suponiendo que
las reacciones son elementales.
b) Suponiendo que las reacciones son no elementales, haz la propuesta de dos mecanismos de
reacción por reacción.
c) Para cada mecanismo, deduce las expresiones de velocidad de cada una de las especies
químicas de las reacciones.
a)
1. Para la reacción:
rA=−K CA
3
rC=KCA
3
2. Para la reacción:
rA=−KCACB
2
rB=−k C ACB
2
rA=rB=−k C ACB
2
rD=k CACB
2
b) Suponiendo que las reacciones son no elementales, haz la propuesta de dos mecanismos de
reacción por reacción.
1. Para la reacción:
Propuesta 1.
i. Proponiendo un primer mecanismo de reacción descomponiendo la reacción en
las 3 siguientes sub-reacciones elementales:
pf3
pf4
pf5
pf8
pf9
pfa

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¡Descarga Ejercicio de biorreactores y más Apuntes en PDF de Química solo en Docsity!

NOMBRE: Leydi Maura Angeles Flores

MATRICULA: 2011118090

PROFESOR: Sergio Alejandro Medina Moreno

GRUPO: 107251 FECHA: 3/11/

Problema Tarea 5: Para las dos siguientes reacciones:

a) Establece las ecuaciones de velocidad de cada una de las especies químicas suponiendo que

las reacciones son elementales.

b) Suponiendo que las reacciones son no elementales, haz la propuesta de dos mecanismos de

reacción por reacción.

c) Para cada mecanismo, deduce las expresiones de velocidad de cada una de las especies

químicas de las reacciones.

a)

1. Para la reacción:

r A =−K C

A 3

rC= KC

(^3) A

2. Para la reacción:

r A =−KC

A CB^2

r B=−k C

AC^ B^2

r A =r B=−k C A CB

r D=k CA CB

b) Suponiendo que las reacciones son no elementales, haz la propuesta de dos mecanismos de

reacción por reacción.

1. Para la reacción:

Propuesta 1.

i. Proponiendo un primer mecanismo de reacción descomponiendo la reacción en

las 3 siguientes sub-reacciones elementales:

A k 1

a

A+ a

k 2

A+ β

k 3

C

3 A K

C

Donde a*y β¿^ son los intermediarios de la reacción

ii. Estableciendo las velocidades de reacción a partir de las sub-reacciones

elementales, e igualando a cero las de los intermediarios:

r A =−K 1 CA −K 2 CA Ca∗¿−K 3 C A Cβ∗¿¿ ¿

ra∗¿=k 1 CA −k 2 C A Ca∗¿= 0 ¿ ¿

r β∗¿=k 2 CA Ca∗¿−k

3 CA Cβ∗¿ = 0 ¿ ¿^ ¿

rC =k 3 CA Cβ∗¿¿

iii. Deduciendo las expresiones de velocidad a partir de las sub-reacciones

elementales, empezando por despejar Ca∗¿¿ de su expresión de velocidad:

C

a∗¿=

K 1 C A

K 2 C A^ =^

K 1

K 2 ¿

C

β∗¿= K K^2 CA 3 CA

= K K^2

3

Sustituyendo la concentración del intermediario Ca∗¿¿ y Cβ∗¿¿ en las expresiones

de velocidad del reactivo y los productos:

r A =−K 1 CA −K 2 CA ∙

K 1

K 2

−K 3 C A ∙

K 2

K 3

r A =−K 1 CA −K 1 CA −K 2 CA

r A =− 2 K 1 C A −K 2 C A

rC =k 3 CA Cβ∗¿¿

rC =k 3 CA ∙

K 2

K 3

rC =k 2 C A

A partir del mecanismo de reacción propuesto, el considerar no elemental la

reacción, las velocidades deducidas son de primer orden tanto para el reactivo

como para el producto. Recordando que si la reacción fuera elemental las

velocidades de reacción de A y C están dadas por expresiones de segundo orden,

es decir:

r A =−kC A

rC =kC A

A+ 2 B K

D

Donde a*es el intermediario de la reacción

v. Estableciendo las velocidades de reacción a partir de las sub-reacciones

elementales, e igualando a cero las de los intermediarios:

r A =−K 1 CA CB

rα∗¿=K 1 C A CB −K 2 C BCα∗¿= 0 ¿ ¿

r B=−K 1 CA CB −K 2 CB Cα∗¿¿

r D=K 2 CB Cα∗¿¿

vi. Deduciendo las expresiones de velocidad a partir de las sub-reacciones

elementales, empezando por despejar Ca∗¿¿ de su expresión de velocidad:

C

a∗¿= K K^1 C^ AC^ B 2 CB

= K K^1

2

Sustituyendo la concentración del intermediario Ca∗¿¿ en las expresiones de

velocidad de los reactivos y el producto:

r A =−K 1 CA CB

r B=−K 1 CA CB −K 2 CB Cα∗¿¿

r B=−K 1 CA CB −K 2 CB ∙

K 1

K 2

r B=−K 1 CA CB −K 1 CB

r D=K 2 CB Cα∗¿¿

r D=K 2 CB ∙

K 1

K 2

r D=K 1 CB

A partir del mecanismo de reacción propuesto, el considerar no elemental la

reacción, las velocidades deducidas son de primer orden tanto para los reactivos

como para el producto. Recordando que si la reacción fuera elemental las

velocidades de reacción de A, B y D están dadas por expresiones de segundo

orden, es decir:

r A =−K CA CB

r B=−k C A CB

r D=k CA CB

Propuesta II:

iv) Proponiendo un segundo mecanismo de reacción, descomponiendo la reacción en las

dos siguientes sub-reacciones elementales:

A+ B+ B K 1

K 2

D

A+ 2 B K

D

Donde β¿^ es el intermediario de la reacción

v) Estableciendo las velocidades de reacción a partir de las sub-reacciones elementales, e

igualando a cero la del intermediario.

r A =−K 1 CA CB

r B=−k 1 C A CB

r β∗¿=K

1 C^ A CB

2 −K

2 C^ β∗¿= 0 ¿¿

r D=k 2 C β∗¿¿

vi) Deduciendo las expresiones de velocidad a partir de las sub-reacciones elementales,

empezando por despejar Cβ∗¿¿ de su expresión de velocidad:

C

β∗¿= k 1 C (^) ACB^2 K 2 ¿

Sustituyendo en las otras expresiones de velocidad de reacción la concentración del

intermediario:

r D=k 2 ∙

k 1 C A CB

K 2

r D=k 1 C A CB

Notemos en este caso, que el mecanismo de reacción propuesto considerado no

elemental la reacción, conduce a las mismas expresiones de velocidad si la reacción

fuera elemental, para lo cual se asume que k 1 es igual a k.

Problema Tarea 6: La descomposición del pentóxido de di nitrógeno viene dada por:

2N 2 O 5 →4NO 2 + O 2

Los datos experimentales de esta reacción a 45°C y 5 atm son:

a) Construir en Excel el algoritmo para el modelo de Ley de Potencias

c) ¿Cuál es la expresión de velocidad para esta reacción química homogénea?

K= 0.

n= 1.

r A =−k C A

n

r A =−0.0006 231 CA

Problema Tarea 7 : La reacción de hidrólisis del cloruro de butilo viene dada por:

C 4 H 9 Cl+H 2 O → C 4 H 9 OH + HCl

Los datos experimentales de esta reacción a presión atmosférica y 20°C son:

a) Construir en Excel el algoritmo para el modelo de Ley de Potencias

X Experimental Y modelo

t(seg) CA (mol/L) CA^

1-n

CA (mol/L)

b) ¿Cuáles son los valores de R2, n y k? ¿Cuáles son las unidades de k?

R^2 =0.

n=0.

R

n=1.

c) ¿Cuál es la expresión de velocidad para esta reacción química homogénea?

K= 0.

n= 1.

r A =−k C A

n

r A =−0.0026575 C A