Problemas De Cinética Química Y Catálisis

Problemas de Cinética Química y Catálisis

1-1. El metanol puede fabricarse por medio de una reacción gaseosa CO + 2H2 CH3OH (g)

En una composición de alimentación, el gas de equilibrio a 400k y 1 atm contienen 40 mol % de H2 y las únicas especies presentes son CO y CH3OH. A 400k la constante de equilibrio es 1.52 y ∆H°=-22,580 cal/ (mol de CO) a) Suponiendo comportamiento ideal del gas,¿Cuál es la composición total del gas de equilibrio? b) Considerando la misma composición de alimentación, ¿Sería el equilibrio a 500k y 1 atm superior o inferior a 40% de H2?

Datos: 40% mol de H2 T= 400 K P = 1 atm Solución: a) Base de cálculo n=10 mol totales iniciales para la reacción, entonces: nA0=6mol nB0=4mol CO (g) + 2H2 (g) (A) (B) CH3OH (g) (C)

Ahora bien sabemos que la fracción molarestá dada por la siguiente ec. :

Así pues: n0 = nA0 + nB0 = 10 mol u= Ahora definamos nuestras fracciones molares:

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Para comportamiento gas ideal sabemos que:

Entonces:

Y sabemos que 0 Resolviendo la ec. tenemos:

Ahora solo saquemos las fracciones molares en el equilibrio:

b) Para el inciso b podemos usar la ec. de Van’t Hoff yaque nuestro intervalo de temperatura es pequeño:

Entonces para obtener nuestra K a 500K y 1 atm K2=? T2= 500K

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K1=1.52

T1= 400K

Sustituyendo nuestros valores en la ec. tenemos:

Despejando K2 nos queda: K2=1.528661 Lo cual es correcto ya que si ΔH°R es positiva se trata de una reacción endotérmica y la constante de equilibriodisminuirá con la temperatura.

1-2

Considerando la reacción del amoniaco 3/2H2 + 1/2N2 NH

¿Cuáles son el cambio de energía libre de estado normal y la constante de equilibrio a 773 K? Los datos de capacidad calorífica son como sigue (T = grados Kelvin (K), Cp = cal/ (mol g) N: Cp = 6.38 + o.9x10-3T H2: Cp = 6.52 + 0.78x10-3T NH: Cp = 7.11 + 6.0 x10-3T Datos: T = 773 K Especie Química N2 H2 NH3Solución: Calculando ∆A y ∆B tenemos: A 6.83 6.52 7.11 Bx103 0.9 0.78 6

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Calculando ∆H°R y ∆G°R tenemos:

Y el cambio de energía libre sería:

Sabemos que:

Por lo tanto la constante de equilibrio a 773°K es: K=0.002

1-3 Usando el valor de K del Prob. 1-2 ¿Cuál será la conversión máxima de nitrógeno en amoníaco a 773 K y 250 atm con ungas de alimentación que contiene solamente de H2 y N2 con una relación molar de 3? ¿Cuál sería la conversión para la alimentación de 4.5 mol de H2 por mol de N2? Estime las fugacidades de 250 atm y 500K usando una correlación adecuada de las fugacidades de los componentes puros (véanse textos de propiedades termodinámicas como el de Smith y Van Ness). Suponga que la mezcla gaseosa tiene uncomportamiento ideal. Datos: T=500k P=250 atm

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Solución: Como se habla de fugacidades usaremos la siguiente ec.:

µ= Entonces nuestra ecuación nos queda como:

Si calculamos nuestros coeficientes de fugacidad tenemos:

Para ϕA tenemos: T= 500 P= 250 Tc = 33,19 Pc= 13,13 R= 0,08314 Pr 19,040366 Tr 15,064779

a= b= Zsup

1,42820071 0,01820837ϕA =

1,10687227

h Zcal 1 0,10950425 1,11464171 1,11464171 0,09824166 1,10139622 1,10139622 0,09942312 1,10276847 1,10276847 0,0992994 1,10262459 1,10262459 0,09931236 1,10263965 1,10263965 0,099311 1,10263808 1,10263808 0,09931114 1,10263824

Para ϕB tenemos: T= 500 P= 250 Tc = 126,2 Pc= 34 R= 0,08314 Pr 7,3529412 Tr 3,9619651

a= b= Zsup

15,549102 0,02673677

ϕB =

1,05157501

hZcal 1 0,10950425 1,11464171 1,11464171 0,09824166 1,10139622 1,10139622 0,09942312 1,10276847 1,10276847 0,0992994 1,10262459 1,10262459 0,09931236 1,10263965 1,10263965 0,099311 1,10263808

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Para ϕC tenemos: T= 500 P= 250 Tc = 405,7 Pc= 112,8 R= 0,08314 Pr 2,21631206 Tr 1,23243776

a= b= Zsup 1 0,69843548 0,62939272 0,61341759 0,61004168...