Questão 3
ITA 2021
(ITA - 2021 - 2ª FASE)
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 ºC e 2 atm. Ao elevar rapidamente a temperatura do reator para 293 ºC, 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 VA = -0,25 x (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?
Gabarito:
Resolução:
a)
Antes Depois
P0 = 2atm P = ?
T0 = 10oC = 283K T = 293oC = 566K
Como o volume é constante
Como há a mesma quantidade de A e B, (PA)0=2atm e (PB)2=2atm
in: 2 0 0 0
reagiu: -2n +3n +4n +n
final: 2-2n 3n 4n n
2n é a quantidade que foi consumida de A para que a pressão total seja 5,5 atm.
b)
c)
A situação limite é ter uma pressão total de 8,5 atm no momento em que toda a substância A for reagida.
Iniciando com uma pressão total de 2X atm temos:
e
in: X 0 0 0
reagiu: -2m +3m +4m +m
fina: X-2m 3m 4m m
/
=
0
Como todo o reagente A foi reagido
Como a pressão total final é 8,5 atm
A mistura inicial pode ter no máximo 2X atm a 293oC, portanto, chegamos à 3,4 atm.