Termodinâmica - Equilíbrio químico

Termodinâmica - Equilíbrio químico

(Parte 8 de 11)

16.10 Se uma reação não é afetada pela pressão, mostre que ela também não é afetada pelos efeitos de diluição numa dada T.

16.1 Um gás inerte é adicionado (diluição) numa reação sensível à variação de pressão; como a reação se desloca?

16.12 Num processo de combustão, a temperatura adiabática de chama é afetada pelas reações?

16.13 No equilíbrio, a função de Gibbs dos reagentes e produtos é a mesma; e a energia?

16.14 O processo de dissociação requer energia ou libera energia?

16.15 Considere uma mistura de gases ideais no equilíbrio. Observe que a composição da mistura varia com a temperatura. Qual é o comportamento dos calores específicos da mistura se ocorrer uma alteração na temperatura da mistura? O que ocorre se eu alterar o valor da pressão na mistura?

16.16 Determine o valor de K para a reação gás–vapor d’água descrita no Exemplo 16.4 a 1200 K.

16.17 O que aconteceria com as concentrações das espécies monoatômicas, como O e N, se a pressão fosse mais alta na Figura 16.1?

16.1 A utilização do conceito de equilíbrio está limitada à termodinâmica?

16.2 Como a função de Gibbs varia com o título quando se passa de líquido para vapor?

16.3 Qual é a diferença entre um processo de equilíbrio químico e um processo de combustão?

16.4 A pressão e a temperatura devem apresentar valores fixos para a obtenção do equilíbrio químico?

16.5 A variação da função de Gibbs ∆G0 de uma reação química é função de qual propriedade?

16.6 A T dos produtos de combustão gerados num queimador com fluxo estacionário não é controlada. Quais são as propriedades controladas nesse caso?

16.7 Quais são as propriedades constantes nos experimentos realizados em bombas calorimétricas que apresentam volume interno fixo?

16.8 A variação da pressão influi sobre a dissociação da água?

16.9 A 298 K, K = exp(−184) para a reação de dissociação da água. Em que isso implica?

Equilíbrio e Equilíbrio de Fases

16.18 Dióxido de carbono a 15 MPa é injetado no topo de um poço com 5 km de profundidade. Essa operação faz parte de um processo de recupe- ração de petróleo não extraído. Sabendo que a temperatura do fluido dentro do poço é uniforme e igual a 40 °C, determine a pressão no fundo do poço admitindo comportamento de gás ideal.

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518 Fundamentos da Termodinâmica

16.19 Considere um poço de gás com 2 km de profundidade, que contém uma mistura de metano e etano numa temperatura uniforme de 30 °C. No topo do poço, a pressão é 14 MPa e a composição molar é 90% de metano e 10% de etano. Do topo ao fundo, existe equilíbrio, com dG + gdZ = 0, e a hipótese de gás ideal deve ser adotada, de modo que a Equação 16.10 se aplica. Determine a pressão e a composição no fundo do poço.

16.20 Um tanque fechado contém água líquida em equilíbrio com ar úmido a 20 oC e 100 kPa. Determine a pressão de vapor da água e a pressão parcial do vapor de água.

16.21 Desenvolva a expressão para a pressão na superfície inferior de um poço d’água profundo em função da compressibilidade isotérmica, bT. Utilize hipóteses iguais àquelas empregadas na obtenção da Equação d do Exemplo 16.1. Para a água líquida a 20 °C, sabemos que bT = 0,0005 [1/MPa]. Com a expressão obtida, estime a pres- são num ponto situado a 3 km abaixo da superfície livre do Oceano Pacífico.

Equilíbrio Químico e Constante de Equilíbrio

16.2 Quais das reações listadas na Tabela A.1 são sensíveis a variações de pressão?

16.23 Calcule a constante de equilíbrio para a reação

O2 2 O nas temperaturas de 298 K e 6000 K. Compare seu resultado com o apresentado na

16.24 Calcule a constante de equilíbrio para a reação

H2 2 H a 2000 K utilizando as propriedades apresentadas na Tabela A.9. Compare seu resul-

tado com o apresentado na Tabela A.1.

16.25 Desenvolva uma expressão matemática K (T) para a constante de equilíbrio da reação O2 2 O válida para temperaturas próximas a 2000 K.

Admita que os calores específicos do O2 e do O sejam constantes. Utilize os valores das pro- priedades indicados na Tabela A.9 e as Equações 16.12 e 16.15 para o desenvolvimento da equação procurada.

16.26 Calcule K para a reação CO2 CO + 1/2 O2 a 3000 K utilizando a Tabela A.1.

16.27 Faça um gráfico, em escala, dos valores de ln K em função de 1/T para a reação 2 CO2 2 CO + O2. Obtenha uma equação para ln K em função de T.

16.28 Considere a reação 2 CO2 2 CO + O2 conseguida com o aquecimento de 1 kmol de dióxido de carbono até 3000 K. Calcule a constante de equilíbrio da reação a partir da variação da função de Gibbs e compare o valor calculado com o indicado na Tabela A.1. Qual é a fração molar de CO a 3000 K, 100 kPa?

16.29 Considere que um gás diatômico, como o O2 e o

N2, dissocie-se a uma pressão diferente de P0. Determine uma expressão para a fração do gás original que se dissocia a uma temperatura T, admitindo equilíbrio.

16.30 Considere a dissociação do oxigênio, O2 2 O, que se inicia com 1 kmol de oxigênio a 298 K sendo aquecido à pressão constante de 100 kPa. Em que temperatura a fração de oxigênio atômico atinge 10%?

16.31 Refaça o problema 16.30, mas parta de 1 kmol de oxigênio e 1 kmol de hélio a 298 K, 100 kPa.

16.32 Determine a constante de equilíbrio da reação

2 CO2 2 CO + O2 a 3000 K empregando valores da Tabela A.9 e comparando o resultado com o obtido da Tabela A.1.

16.3 Hidrogênio gasoso, nas condições do ambiente, é aquecido até 4000 K e 500 kPa, estado esse em que há dissociação parcial da espécie diatômica para a forma monoatômica. Determine a composição de equilíbrio nesse estado.

16.34 Oxigênio puro é aquecido de 25 °C a 3200 K em regime permanente e à pressão constante de 200 kPa. Determine a composição no estado final e o calor transferido no processo de aquecimento.

16.35 Nitrogênio gasoso, N2, é aquecido até atingir o estado em que a temperatura e a pressão são iguais a 4000 K e 10 kPa. Determine a fração do N2 que está dissociada na forma de N nesse estado.

16.36 Determine a constante de equilíbrio da reação

16.37 Determine a constante de equilíbrio da reação

2 NO + O2 2 NO2 a partir das reações elementares presentes na Tabela A.1. Qual desses óxidos de nitrogênio, NO ou NO2, é mais estável nas condições do ambiente? E a 2000 K?

16.38 Uma mistura de um kmol de argônio com um kmol de O2 é aquecida até atingir o equilíbrio a 3200 K e à pressão constante de 100 kPa. Deter- mine as frações molares de Ar, O2 e O.

16.39 Ar (79% nitrogênio e 21% oxigênio) é aquecido à pressão constante de 100 kPa num processo em regime permanente e algum NO é formado

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