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• J Alfonso Leon

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ANEXO 1 Unidad 1: Fisicoquímica Atmosférica Fase 2 – Aire ANEXO 1 Unidad 1: Fisicoquímica Atmosférica Fase 2 – Aire 1. Una empresa X dedicada a la fabricación de vidrio emplea dentro de su materia prima bórax, caliza, arena, dolomita, carbonato sódico, ácido bórico, feldespato y sulfato sódico. En dicho proceso se adicionan ingredientes menores que son los encargados de aportar alguna función específica como color. Las materias se llevan al horno de fusión que comprende el aumento progresivo de la temperatura hasta un máximo de 1600°C, seguido de un enfriamiento.

Se debe realizar un análisis de las emisiones

contaminantes de esta empresa a la atmosfera considerando que hay una estación de monitoreo la cual indica las concentraciones de: A mg/m3 CO, B mg/m3 SO2 C mg/m3 NO2, D mg/m3 O3, E µg/m3 PM10. (Los valores de A, B, C, D, E los encuentra en el Anexo 1). Se conoce que el caudal de salida de los gases de chimenea es de 80.000 m3/h y la velocidad de salida de dichos gases es de 40 m/s. •

Recuerde que las unidades dadas en el Anexo 2 están e ppm y el ejercicio las solicita en mg/m3 es decir ud debe hacer esta conversión de unidades.

•

Determine las concentraciones de emisiones totales en kg/año, asuma que la condición de gases de salida es T=80°C y presión 0,4739 bar

•

Determine le diámetro de la tubería de la chimenea del horno.

•

Determine las partículas de cada contaminante.

•

Centre su análisis en: Realice un análisis de la empresa X y su impacto ambiental.

2. Asuma que ud consume 500 galones de gasolina por año en su automóvil (1 gal = 3.7879L). Suponga que la gasolina se puede representar como compuesta completamente por C8H18. (Gasolina) la cual tiene una densidad de 0,85 g cm-3. Suponga que la combustión de C8H18 produce CO2 y H2O ¿Cuántos kilogramos de CO2 contribuye su combustión a la atmósfera? ¿cada año? •

Determine la presión del CO2 producido a condiciones estándar.

3. El cloro se utiliza mucho para purificar el agua de los municipios municipales y para tratar las aguas de las piscinas, suponga que el volumen de una muestra particular de gas Cl2 es de 8,70 litros a 985 torr y 24°C. •

¿Cuántos gramos de Cl2 hay en la muestra?

•

A que temperatura el volumen será de 15 litros, si la presión es de 8,¿76x102 torr?

•

A que presión el volumen será igual 5 litros si la temperatura es de 58°C

4. Una pieza de dióxido de carbono sólido con una masa de 5.50 g se coloca en un recipiente de 10 L que ya contiene aire a 705 torr y a 24°C. Después de que se evapora todo el dióxido de carbono, ¿cuál es la presión parcial del dióxido de carbono y la presión total en el recipiente a 30°C?

5. El gas natural es muy abundante en muchos pozos petroleros. Sin embargo, el costo de transporte del gas hacia los mercados en otras partes del mundo es muy elevado debido a que es necesario licuar el gas, el cual es principalmente metano y por lo tanto tiene un

punto de ebullición de -164°C a presión atmosférica. Una estrategia posible es oxidar el metano en metanol, CH3OH, el cual tiene un punto de ebullición de 65°C y, por tanto se puede transportar con más facilidad. Suponga que se oxida a metanol 10.7x10 9 ft3 de metano a presión atmosférica y 25°C. •

Que volumen de metanol se forma si la densidad del CH 3OH es de 0,791g/ml?

•

Escriba la ecuación química balanceada para las oxidaciones del metano y metanol a CO2 (g) y H2O. Calcule el cambio total de entalpía para la combustión completa de 10.7x109 ft3 de metano y para la combustión completa de la cantidad equivalente de metanol. Realice un análisis de lo obtenido.

6. El etileno en presencia de ozono produce formaldehído, de acuerdo

con la información presentada en la tabla, determine la ecuación de velocidad de la reacción y la constante de velocidad de formación del formaldehído. Así como la concentración que deben tener los reactivos para que la reacción se desplace de productos a reactivos si se cuenta con una concentración de formaldehído de 0.3M. 1 𝐶2 𝐻4 (𝑔) + 𝑂3(𝑔) ↔ 𝐶𝐻2 𝑂 (𝑔) + 𝑂2 (𝑔) 2

[C2H4] M

[O3] M

0.13 x 10-7 0.13 x 10-7 0.20 x 10-7

2.0 x 10-8 3.0 x 10-8 2.0 x 10-8

Velocidad de formación de CH2O (M/s) 1,23 x 10-10 2,76 x 10-10 1,56 x 10-10

Centre su análisis en: El ozono y el formaldehído como agentes contaminantes primarios, hacia donde debería desplazarse la reacción para ser menos lesivo al ambiente, y a la salud. 7. Diríjase a la sección de aprendizaje práctico, lea la guía para el uso del simulador disponible en la carpeta “Guía para el uso de recursos educativos”, ingrese al simulador de cinética química y determine la energía de activación del proceso realizando los siguientes pasos: A. Seleccione un mecanismo de reacción: El simulador cuenta con 6 mecanismos de reacción, por lo que cada estudiante debe seleccionar un mecanismo diferente. B. Determine el orden de reacción respecto al reactivo A: Mantenga constante la temperatura del simulador a 65°C y la concentración del reactivo B en 0.2M, determine el tiempo de reacción variando las concentraciones del reactivo A así; 0.2M, 0.25M, 0.30M, 0.35M, 0.4M. Realice la gráfica correspondiente para determinar el orden parcial de la reacción. Tenga en cuenta que el reactivo inicial tiene una concentración de 1M, y el volumen de la solución a trabajar es de 100ml. C. Determine el orden de reacción respecto al reactivo B: Mantenga constante la temperatura del simulador a 55°C y la concentración del reactivo A en 0.25M, determine el tiempo de reacción variando las concentraciones del reactivo B así; 0.1M, 0.2M, 0.25M, 0.3M. Realice la gráfica correspondiente para determinar el orden parcial de la reacción. D. Determine la velocidad de reacción: Mantenga constante las concentraciones de A y B como 0.2M, y determine el tiempo requerido para que se produzca la reacción variando la temperatura así: 10°C, 25°C, 35°C, 45°C y 55°C. Considerando que la concentración del producto es 0.095M cuando se deja de ver la cruz del simulador, determine la velocidad de cada reacción (M/s) E. Determinación de la energía de activación: A partir de los datos anteriores, determine la constante de velocidad K, y realice la

gráfica de lnk vs. 1/T(k) y determine la energía de activación y el factor de frecuencia de choque de la reacción. Para la entrega del documento final,

no presente la

descripción de los pasos realizados en el simulador ni los cálculos.

Entregue

únicamente

las

siguientes

tablas

y

gráficas: •

Orden de reacción respecto el reactivo A Tiempo de reacción para cada mecanismo (s) [A], M [B], M 3 1 2 4 0.1 0.25 0.2 0.25 0.25 0.25 0.30 0.25 Orden de reacción • [A], M

5

Orden de reacción respecto el reactivo B Tiempo de reacción para cada mecanismo (s) 3 1 2 4

[B], M

5

0.1 0.1 0.1 0.2 0.1 0.25 0.1 0.30 Orden de reacción

•

Influencia de la temperatura

Temperatura de [A], M Reacción (°C)

[B], M

15 25 30 40 55

0.25 0.25 0.25 0.25 0.25

0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 •

Tiempo de reacción para cada mecanismo (°C) 3 5 1 2 4

Velocidad de reacción

Temperatura reacción (k) 288 298 303 313

de Velocidad de formación de C para cada mecanismo (M/s) 3 5 1 2 4

328 • Temperatura reacción (k) 288 298 303 313 328

Energía de activación

de Constante de velocidad para cada mecanismo (M/s) 1 2 3 4 5

Energía de activación Factor de Frecuencia Adicional a las tablas debe presentar una gráfica donde presente la energía de activación (lnk vs. 1/T), la gráfica debe contener las 5 líneas o el número de mecanismos de reacción trabajadas por cada uno de los estudiantes participantes de la actividad, es decir que, si sólo trabajan 3 estudiantes, la gráfica debe contener 3 líneas. Centre su análisis en: La influencia de la temperatura en la reacción y en la variación de la energía de activación encontrada en cada mecanismo de reacción.