Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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EQUILIBRIO QUÍMICO Y DE FASE
H 2
1
2O 2 H 2 O a 298 K es de aproximadamente 10 40 , lo que sugiere que
una mezcla estequiométrica de H 2 y O 2 a temperatura ambiente debe reaccionar
para formar H 2 O y la reacción deberá completarse. Sin embargo, la
velocidad de esta reacción es tan lenta que prácticamente no se completa. Sin
embargo, cuando se utiliza el catalizador apropiado, la reacción se completa
con rapidez logrando el equilibrio predicho.
EJEMPLO 16-3 Composición de equilibrio a una temperatura específica
Composición
inicial
2 kmol CO
3 kmol O 2
Composición
de equilibrio a
2 600 K, 304 kPa
x CO 2
y CO
z O 2
FIGURA 16-12
Esquema para el ejemplo 16-3.
Una mezcla de 2 kmol de CO y 3 kmol de O 2 se calienta a 2 600 K, bajo una
presión de 304 kPa. Determine la composición de equilibrio, suponiendo que
la mezcla consiste de CO 2 , CO y O 2 (Fig. 16-12).
Solución Una mezcla de gases reactivos se calienta a una temperatura elevada.
Se determinará la composición de equilibrio a esa temperatura.
Suposiciones 1 La composición de equilibrio consiste de CO 2 , CO y O 2 . 2 Los
componentes de la mezcla son gases ideales.
Análisis Las reacciones estequiométricas y reales en este caso son las
siguientes:
Estequiométrica:
Real:
Balance C:
Balance O:
Número total de moles:
Presión:
CO
1
1
2 O 2 Δ CO 2 1así n CO2 1, n CO 1, y n O2 2 2
2CO
3O 2 ¡ xCO 2 yCO zO 2
123 1552553
productos reactivos
(desecho)
2 x y o y 2 x
8 2x y 2zo z 3
N total x y z 5
x
2
P 304 kPa 3.0 atm
x
2
La reacción más parecida que se indica en la tabla A-28 es CO 2 Δ CO
1
2 O 2 , para la que ln K P 2.801 a 2 600 K. La reacción que se tiene es la
inversa de ésta y, por lo tanto, ln K P 2.801, o K P 16.461 en este caso.
Suponiendo un comportamiento de gas ideal para todos los componentes, a
la constante de equilibrio (Ec. 16-15) se convierte en
K P
n
N CO2
CO2
n
N CO
CO N O2
n O2
a P n CO2 n CO n O2
b
N total
Al sustituir, se obtiene
Al despejar x se obtiene
Entonces
16.461
1>2
x
12 x213 x>22 a 3
1>2 5 x>2 b
z 3
x 1.906
y 2 x 0.094
x
2
2.047