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Universidad michoacana de san nicols de
hidalgo
Facultad de ingeniera qumica
Cintica qumica y catlisis
Ing. Luis nieto lemus
Tarea #2
Ejercicios de equilibrio qumico
Jos Alejandro morn balderas
Matricula:0935755g
Seccin 02 modulo 2
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1. La relacin siguiente alcanza el equilibrio a 500 C y 2
atm.
Si el sistema contiene inicialmente 5 mol de HCl por cada
mol de Oxgeno. Cul es la composicin del sistema en el
equilibrio? Suponga que son gases ideales.
ECUACIONES:
a)
b)
c)
d)
f)
g)
h)
i)
j)
k)
h)
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CALCULOS:
De acuerdo a la ecuacin a), b), c), d):
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Procedemos a calcular las constantes de las capacidades
calorficas :
-114408 -75948
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Obtenidas la funcin de y su funcin derivada procedemos calcular
en una hoja de Excel con mtodo de newton- raphson y
los resultados son los siguientes :
sup K F(sup) F'(sup) cal
0.6 7.3549 257.683583 -2345.5174 0.70986215
0.70986215 7.3549 71.5048278 -
1039.49601 0.77865013
0.77865013 7.3549 10.4338823 -
574.467404 0.79681283
0.79681283 7.3549 -
1.28539308 -
485.818946 0.794167
0.794167 7.3549 0.3317758 -
497.957208 0.79483328
0.79483328 7.3549 -
0.07821582 -
494.876287 0.79467523
0.79467523 7.3549 0.01887216 -
495.605651 0.79471331
0.79471331 7.3549 -
0.00452865 -
495.429842 0.79470416
0.79470416 7.3549 0.00108815 -495.47204 0.79470636
0.79470636 7.3549 -
0.00026138 -
495.461901 0.79470583
0.79470583 7.3549 6.279E-05 -
495.464337 0.79470596
0.79470596 7.3549 -1.5083E-
05 -
495.463752 0.79470593
0.79470593 7.3549 3.6233E-06 -
495.463892 0.79470594
0.79471 7.3549 -8.704E-07 -
495.463858 0.79471
YA = (5-4/6-) 0.34987 34.9870005
YB = (1-/6-) 0.03943947 3.94394749
YC = YD = 2/6- 0.30534526 30.534526
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2.- La produccin de 1,3 butadieno se puede llevar a cabo por
la
deshidrogenacin del n-butano:
C4H10(g) CH=CH-CH=CH2(g) + 2 H(g)
Se han suprimido las reacciones secundarias debido a la
introduccin
de vapor de agua. Si el equilibrio se alcanza a 925 K y 1 atm y
si el
producto del reactor contiene 12% mol de 1,3 butadieno,
determine:
a) Las fracciones mol de las otras especies en el gas
producido.
b) La fraccin mol de vapor de agua requerida en la
alimentacin.
Datos:
T=925 K P=1 atm YB= 0.12
Suponemos una base de clculo de : n0= 1 mol
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Suponiendo una mezcla de gas ideal :
Como :
Calculamos las constantes de las capacidades calorficas
=
-
Ahora calculando K a 925K:
-
Atendiendo al inciso a)
b) Como la suma de las fracciones da 1 , a la 1 le restamos
a
todas las fracciones y la diferencia es la fraccin del vapor
-
3.- Considerando la reaccin de sntesis del amonaco :
Cules son cambios de energa libre de estado normal y la
constante de equilibrio a 773k?
Los datos de las son :
Solucin :
T = 773K
Sabiendo que :
(1)
Como no conocemos la procedemos a calcularlo mediante :
= (1)(-16450
)+(
(0)+(
- 16450
= -3931.648
Ahora procedemos a sustituir en ecuacin (1):
Ahora procedemos a calcular las constantes de las
=
-
B=
=
7.90652
Ahora sabiendo que :
Despejamos la variacin de la energa libre y nos quedar:
-
4- Usando el valor de K del problema 3:
a) Cul ser la conversin mxima de nitrgeno en amoniaco
a 773K y 250 atm con un gas de alimentacin que contiene
solamente H2 y N2 con una relacin molar 3?
b) Cul sera la conversin para una alimentacin de 4.5 mol
de H2 por mol de N2? Estime las fugacidades a 250 atm y
500 C usando la correlacin adecuada de las fugacidades
de componentes puros. Suponga que la mezcla gaseosa se
comporta como una solucin ideal.
Procedemos a buscar los valores de las temperaturas crticas
(Tc) y presin crtica (Pc), y factor acntrico (), que se
encuentran en tablas en el apndice B del Smith Van Ness de
termodinmica 7ma edicin :
Tc (K) Pc (atm) H2 (A) 33.19
12.9987 0.216
N2 (B) 126.2 33.66 0.038
NH3 (C) 405.7 111.672 0.253
NAO = 3 mol ; NBO = 1 mol ;NCO = 0 mol
no =
ec.(1)
=
-
Para cada fraccin tenemos con la frmula pasada :
Sustituimos en la ec. (1)
Y sustituyendo las fracciones :
Sustituyendo la K del problema pasado
Calculando , y
P T R Zsup a b h Zcalc Tca Pca ln a
25
0
77
3
0.08
2 1
1.40
5
0.01
8
0.07
2
1.07
4
33.1
9 13
0.07
4
1.07
7
25
0
77
3
0.08
2
1.07
4
1.40
5
0.01
8
0.06
7
1.06
9
33.1
9 13
0.06
8
1.07
1
25
0
77
3
0.08
2
1.06
9
1.40
5
0.01
8
0.06
7
1.06
9
33.1
9 13
0.06
9
1.07
1
25
0
77
3
0.08
2
1.06
9
1.40
5
0.01
8
0.06
7
1.06
9
33.1
9 13
0.06
9
1.07
1
-
25
0
77
3
0.08
2
1.06
9
1.40
5
0.01
8
0.06
7
1.06
9
33.1
9 13
0.06
9
1.07
1
25
0
77
3
0.08
2
1.06
9
1.40
5
0.01
8
0.06
7
1.06
9
33.1
9 13
0.06
9
1.07
1
Calculando :
Sustituyendo en ec. 1:
Simplificando la expresin tenemos que :
Utilizamos en mtodo de newton raphson para la resolucin de
esta
ecuacin :
sup F(sup) F'(sup) cal
0.85 0.236944109 2.9175 0.769
0.769 -0.002137844 2.4095 0.77
0.77 0.000221124 2.4144 0.77
0.77 -2.26172E-05 2.4139 0.77
0.77 2.31605E-06 2.4139 0.77
0.77 -2.37139E-07 2.4139 0.77
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Sabemos que ZB:
b) Cul sera la conversin para una alimentacin de 4.5 mol de
H2 por mol de N2? Estime las fugacidades a 250 atm y 500 C
usando la correlacin adecuada de las fugacidades de
componentes puros. Suponga que la mezcla gaseosa se
comporta como una solucin ideal.
Teniendo los valores de la temperatura crtica (Tc) y presin
crtica (Pc), y factor acntrico (), del inciso a):
Tc (K) Pc (atm) H2 (A) 33.19 12.9987 0.216
N2 (B) 126.2 33.66 0.038
NH3
(C)
405.7
111.672 0.253
nAO = 4.5 mol ; NBO = 1 mol ; NCO = 0 mol
0.77 2.42809E-08 2.4139 0.77
-
no =
(1)
V =
Para cada fraccin:
Sustituyendo en las ecuaciones anteriores:
Sustituimos en la ec. (1)
Sustituyendo las fracciones:
Sustituyendo K del problema 3:
-
Sustituyendo en ec. 1:
Simplificando la expresin:
Utilizando el mtodo de Newton-Raphson para
encontrar el valor de para el inciso b):
sup F(sup) F'(sup) cal
0.75 -0.432516513 1.11249 1.139
1.139 0.288406654 2.05244 0.998
0.998 -0.035177635 1.61103 1.02
1.02 0.009263209 1.66987 1.015
1.015 -0.002207551 1.65463 1.016
1.016 0.000539855 1.65828 1.016
1.016 -0.000131208 1.65739 1.016
1.016 3.19372E-05 1.6576 1.016
1.016 -7.77097E-06 1.65755 1.016
1.016 1.891E-06 1.65756 1.016
-
1.016 -4.6015E-07 1.65756 1.016
1.016 1.11972E-07 1.65756 1.016
Sabemos que ZB:
