UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA DE PETROLEO CINETICA QUIMICA Y DISEÑO DE REACTORES
1ra Práctica Dirigida 1. La reacción redox representada por:
2K 2Cr Cr2 O7 3C2H5OH 8H2 SO SO4 (SO 4 )3 3CH3 CO COOH 2K 2SO S O4 11H2 O 2Cr2 (S Es de primer orden en el agente oxidante y en el agente reductor (segundo orden global). a. Para un experimento a 20°C, en el cual las concentraciones iniciales de dicromato de potasio y etanol son respectivamente 0,2 y 0,3 mol/l, la concentración de dicromato disminuye al 40% de su valor inicial en 11 minutos. Calcule el valor de la constante de velocidad a esta temperatura. b. Para un experimento a 20°C, en el cual las concentraciones iniciales de dicromato de potasio y etanol son respectivamente 0,2 y 0,6 mol/l, calcule el tiempo necesario para que la concentración del reactivo limitante disminuya al 40% de su valor inicial. c. Desarrolle las pregunta pregunta (a) y (b) en base al Método de Euler o de Runge Kutta. 2. En un reactor batch se desarrolla la reacción en fase líquida
3 A 2B C de la que se
conoce no es una reacción elemental. En base a la información proporcionada, obtenga la ecuación de velocidad de esta reacción a. Aplicando el método integral, comprobando comprobando si se trata de una reacción de primer o segundo orden. b. Aplicando el método método diferencial. diferencial. t (s) C A (mol/l)
0
15
30
45
70
100
130
150
178
1815
1552
135
1212
999
857
729
6721
601
3. Se han determinado los siguientes datos para la reacción irreversible (a 64°C) entre el etóxido
de sodio (NaOC 2H5) y el yoduro de etildimetilsulfonio (C 2H5(CH3)2SI) usando etanol como disolvente. t (min)
0
12
20
30
42
51
63
100
NaOC2H5
2255
2010
1855
1754
1637
1572
1496
1102
C2H5(CH3)2SI
1153
908
783
652
535
410
394
0
Una posible reacciones es:
NaOC2H5 + C 2H5 CH3 2 SI NaI + C 2H5OC OC 2H5 + S CH3 2 Mediante los métodos métodos integral y diferencial diferencial obtenga la ecuación de velocidad velocidad que sugieren sugieren estos datos. 4. La reacción
CH3 COCH3 + HCN (CH3 )2 C(CN)OH fue estudiada en fase acuosa. En una
prueba con concentración inicial de 0.0758 N para el HCN y 0.1146 N para la acetona, se obtuvieron los siguientes resultados: 346.7
434.4
0.0748 0.0710 0.0655 0.0610 0.0584 Deduzca la ecuación cinética mediante los métodos integral y diferencial.
0.0577
t (min)
4.37
73.2
172.5
265.4
CHCN (N)
5. La reacción elemental A B C 2D se desarrolla en fase líquida. Para deducir su ecuación
de velocidad se procede a pruebas de laboratorio en las que se mide el tiempo de vida media (t1/2) para diferente relación de alimentación de reactantes. En base a los datos adjuntos deduzca la ecuación de velocidad de la reacción mediante el método integral. C Ao (mol/l)
0,01
0,01
0,01
0,01
2
3
3
CBo (mol/l)
100
50
200
125
520
400
100
t1/2 (s)
422
839
211
332
81
106
419
6. Una de las etapas en la producción de ácido propiónico, C 2H5COOH, es la acidificación de una
solución acuosa de sal sódica, de acuerdo con la reacción
C2H5COONa + HCl
C2H5COOH + NaCl
La velocidad de reacción puede representarse por medio de una ecuación reversible de segundo orden. Los datos de laboratorio sobre la velocidad de reacción se obtienen tomando muestras de 10 ml de la solución reaccionante a diferentes intervalos de tiempo, y neutralizando el HCl que no ha reaccionado con NaOH 0.620 N. La cantidad original de ácido se determina mediante una muestra tomada a tiempo cero. La temperatura es 50 EC, y las moles iniciales de HCl y C 2H5COONa son iguales. Los datos son como sigue: t ,
min
NaOH requerido, ml
0
10
20
30
50
4
81
49
36
29
22
16
Plantee un balance de masa en el equilibrio y obtenga el valor de la constante de equilibrio K para esta reacción. b. En base al método integral, obtenga el valor de las constantes k 1 (reacción directa) y k 2 (reacción inversa) e indique la ecuación de velocidad. Considere que la reacción es elemental. c. Si se considera que el equilibrio se establece cuando se alcanza el 98% de la conversión de equilibrio, calcule el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio y la concentración de cada una de las especies. a.
7. Para la reacción del ácido sulfúrico con sulfato de dietilo en disolución acuosa: 2C H SO H H2SO4 (C2H5 )2 SO4 2 5 4
se determinaron los datos siguientes a 42°C: t (min)
0
C2H5SO4H (mol/l)
0
4,4
12,0
21,1
42,5
67,9
97,0 144,40
4
0,249 0,625 0,999 1,643 2,127 2,465 2,754 3,000
Las concentraciones iniciales de H 2SO4 y (C2H5)2SO4 son de 2,5 mol/l. a.
Bosqueje un gráfico de concentración de cada una de las especies vs el tiempo de reacción.
b.
En base al método integral, deduzca una ecuación cinética para esta reacción.
c.
Para fines prácticos se establece el equilibrio cuando se ha llegado al 95% de la conversión de equilibrio. Calcule el tiempo necesario para llegar al equilibrio. CRuiz
