Capítulo 5 – Obtención de Cinéticas de Reacción a partir de Datos Experimentales Guía de Problemas

Capítulo 5 – Obtención de Cinéticas de Reacción a partir de Datos Experimentales 1

CAPÍTULO 5 – GUÍA DE PROBLEMAS 1. Indique que figuras de las abajo presentadas (a, b, c, d, e, f y g) representan las

siguientes ecuaciones cinéticas. Explique en cada caso como determinaría los

parámetros cinéticos. Todas las reacciones se llevan a cabo a volumen constante.

1.1. Orden cero

1.2. Primer orden

1.3. Segundo orden: 2A→ P, Ingresa A puro al reactor.

1.4. Segundo orden: A + B→ P, CA0=CB0.

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2. Los siguientes datos fueron reportados para la descomposición de dimetil éter en fase

gas en un reactor batch a 540ºC a volumen constante. Inicialmente solo (CH3)2O está

presente

Tiempo (s) 390 777 1195 3155 ∞

Presión total

mmHg 408 488 562 799 931

Asumiendo que la reacción (CH3)2O CH4+ H2+ CO

es irreversible, determine el orden de la reacción y la constante específica de velocidad.

3. Con el propósito de estudiar el decaimiento fotoquímico de bromo acuoso a la luz del

sol, una pequeña cantidad de bromo líquido fue disuelta en agua contenida en un

recipiente de vidrio expuesto a la luz solar. Se obtuvieron los siguientes datos:

Tiempo (min) 10 20 30 40 50 60

ppm Br 2.45 1.74 1.23 0.88 0.62 0.44

a) Determine el orden de la reacción y calcule la constante de velocidad de reacción

b) Asumiendo idénticas condiciones de iluminación que en esta experiencia, calcule

las libras horarias de Br que deben inyectarse en un recipiente abierto de 25000

gal de agua con el objeto de mantener constante el nivel esterilizante de Br en 1

ppm (Nota: dado el nivel de solución puede considerar 1 ppm de Br equivalente a

1 miligramo de Br por litro de solución).

4. Hinshelwood y Burk estudiaron la descomposición térmica del óxido nitroso.

Considerando los siguientes datos a 1030 K:

P inicial N2O

(mmHg)

82.5 139. 296. 360.

Vida Media

(seg)

860 470 255 212

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4.1. Determinar el orden de reacción y la constante de velocidad de reacción.

4.2. Los siguientes datos fueron obtenidos a las temperaturas indicadas:

T (K) 1085 1030 967

P inicial (mmHg) 345 360 294

Vida Media (seg) 53 212 1520

Cuál es la energía de activación para la reacción?.

5. La descomposición térmica del cloruro de nitrilo se produciría de acuerdo a la

siguiente ecuación estequiométrica: 2NO2Cl ↔ 2NO2+Cl2. La reacción se puede

seguir midiendo el aumento de presión en un sistema cerrado o midiendo la cantidad

de luz absorbida por el NO2 producido. Algunos de los resultados obtenidos en una

corrida a 180 °C fueron:

t (seg) 0 150 300 450 600 750 900

CNO2Cl x 107

(mol/cm3) 1.99 1.80 1.63 1.47 1.33 1.21 1.09

5.1. Encontrar el orden respecto al reactivo y hallar la constante de velocidad.

En otras experiencias a 180 °C, la velocidad inicial de descomposición de NO2Cl

medidas a diferentes presiones iniciales de reactivo fueron:

CNO2Cl x 107 (mol/cm3) rNO2Cl x 1012 (mol/cm3 s)

0.5 8.5

1.0 33.5

1.5 76.5

2.0 135.0

2.5 211.0

3.0 303.0

3.5 413.0

4.0 540.0

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5.2. Hallar el orden de reacción con respecto al cloruro de nitrilo y calcular la

correspondiente constante de velocidad para esta temperatura.

5.3. En caso que los órdenes obtenidos resulten diferentes, explique por qué

sucede.

6. Con el fin de determinar la cinética de la reacción en fase líquida 3A+B→C se llevaron

a cabo tres experiencias a 300 °C, siendo los datos obtenidos los siguientes:

Experiencia 1 Experiencia 2 Experiencia 3

Cao 0.03 0.03 0.03

Cbo 0.01 0.03 0.01

Cco 0.00 0.00 0.03

t (seg) XA -rA x 103 xA t (seg) xA

9. 0.1 1.05 0.39 9. 0.1

19.5 0.2 0.66 0.69 19.5 0.2

48.5 0.4 0.482 0.82 48.5 0.4

97. 0.6 0.3 0.916 97. 0.6

360. 0.9 0.173 0.972 360. 0.9

Obtener a partir de los mismos el orden global, los órdenes individuales y la constante de

velocidad de reacción.

7. La oxidación catalítica de o-xileno (A) a anhídrido ftálico (C) puede representarse por

el siguiente esquema cinético A + B → C.

Para determinar la ecuación cinética de esta reacción se han realizado

experiencias en un reactor isotérmico a 670 K. Con una presión parcial inicial de oxígeno

pBo = 0.208 atm, los resultados obtenidos fueron los siguientes:

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PA, atm -rA x103

Kmol/Kg cat h

0.014 1.7274

0.0135 1.6657

0.013 1.6040

0.0125 1.5423

0.012 1.4806

7.1. Determine el orden de la reacción.

7.2. Determine la constante de velocidad de reacción a 670 K.

8. La reacción irreversible en fase líquida A → C + B se lleva a cabo en un TAC. Se

han realizado diferentes experimentos variando el caudal de entrada al reactor, y se

ha determinado para cada caso la concentración de A a la salida del equipo. En todos

los casos el reactor se ha alimentado con A puro (2 M) y ha operado en estado

estacionario. Se dispone de los siguientes datos experimentales:

τ, min CA , M

15 1.5

38 1.25

100 1.0

300 0.75

1200 0.5

8.1. Determine el orden y la constante de la velocidad de reacción.