Exercícios Resolvidos de Equilíbrio químico

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Enunciado

Oxigênio puro é aquecido de 25°C para 3200K em regime permanente e a pressão constante e igual a 200kPa. Ache a composição de saída e o calor transferido.

Dados: K 3200 = 0,046467 ; h - O 2 = 106022 k J k m o l ; h - O - h - f , 298 , O = 60767 k J k m o l ; h - f , 298 , O = 249170 k J k m o l .

Passo 1

A primeira coisa é saber com qual reação estamos lidando, no caso é a seguinte:

O 2 ⇌ 2 O

A seguir vamos fazer a tabelinha de número de mols, considerando que havia 1 mol de oxigênio diatômico no início:

Assim, o número de mols de O é igual a 2 x equanto de O 2 será 1 - x e o número total de mols é 1 + x .

Passo 2

Agora podemos calcular a atividade que, para o caso de um gás perfeito, que é a hipótese que vamos utilizar, é igual a

a A = y A p p 0

Lembrando que p 0 = 100   k P a

a O 2 = y O 2 = 1 - x 1 + x ⋅ 2

e

a O = y O = 2 x 1 + x ⋅ 2

Passo 3

A constante de equilíbrio (no caso de B e C produtos e A reagente):

K = a c v C ⋅ a B v B a A v A

Para o nosso caso teremos:

K = a O 2 a O 2 1 ⋅ 2 2 - 1

K = 2 2 x 1 + x 2 1 - x 1 + x 1 = 2 4 x ² ( 1 + x ) ² ⋅ 1 + x 1 - x

K = 8 x 2 ( 1 + x ) ( 1 - x ) = 8 x 2 1 - x ²

Passo 4

Como o valor de K foi dado, podemos achar x

x 2 = K 8 1 + K 8

x 2 = 0,046467 8 ⋅ 1 1 + 0,046467 8 = 5,7745 ⋅ 10 - 3

x = 0,07599   m o l s

Passo 5

Com isso podemos achar a concentração molar dos componentes:

y O = 2 ⋅ 0,07599 1 + 0,07599 = 0,141

e

y O 2 = 1 - y O = 1 - 0,141 = 0,859

Passo 6

Agora falta achar a quantidade de calor trocada, que é dada por

q - = n O 2 h - O 2 + n O h - O e - n O 2 h - O 2 s

q - = 1 - 0,07599 106022 + 2 ⋅ 0,07599 249170 + 60767 - 0

Aqui é importante lembrar que o oxigênio monoatômico temos de fazer

h - O - h - f , 298 , O = 60767 k J k m o l

h - O = 60767 + 249170 k J k m o l

e também o diatômico possui entalpia de formação zero!

q - = 97965,39 + 47104,23 = 145.069 k J k m o l   O 2

Se quiser achar por massa temos

q = q - M M O 2 = 145069 32 = 4533 k J k g

Resposta

y O = 0,141

y O 2 = 0,859

q - = 145.069 k J k m o l   O 2

q = 4533 k J k g

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