(15) O gás de síntese é a conhecida reação de equilíbrio de hidrogênio gasoso ( H2 ) com monóxido de carbono (CO) formando metano (CH4) e água gasosa (H2 O).
a) Escreva a equação de equilíbrio e a expressão da Lei da ação das massas. (5 pontos)
b) Calcule a constante ( Kp ) a 750^circ C sabendo que as pressões parciais no equilíbrio são: 0,075 atm para hidrogênio, 0,015 atm para monóxido de carbono; 0,035 atm para metano e 0,085 atm para a água. (5 pontos)
c) Calcule Kc. Discuta a extensão da reação. (5 pontos)

Passo 1

O enunciado trata da reação de equilíbrio gasoso entre hidrogênio e monóxido de carbono formando metano e água. O conteúdo é Constante de Equilíbrio em termos de pressão ( Kp) e em termos de concentração ( Kc), além da relação entre elas e da interpretação do valor de K quanto à extensão da reação. Vamos usar a lei da ação das massas para gases, a definição de Kp, a relação Kp = Kc,(R T)^De<a n e os valores de pressão parcial dados.

Passo 2

A equação de equilíbrio é
H2(g) ;+;CO(g);<=ftharpoons;CH4(g);+;H2O(g)
Como todos os participantes são gases, a expressão de Kp é
Kp ;=;PCH4;PH2OPH2;PCO

Passo 3

Substituindo as pressões parciais dadas ( PH2=0,075, PCO=0,015, PCH4=0,035, PH2O=0,085, em atm) temos
Kp ;=;0,035 times 0,0850,075 times 0,015 ;=;0,0029750,001125 ;approx;2,64

Passo 4

Para converter Kp em Kc usa-se
Kp = Kc,(R,T)^De<a n,
onde De<a n = nprodutos - nrea>=ntes = 2-2=0. Logo
Kc = Kp times (R,T)^0 = Kp = 2,64
Como Kapprox2,64>1, o equilíbrio favorece moderadamente os produtos (metano e água), mas não de forma esmagadora.

Resposta

(a) H2 + CO <=ftharpoons CH4 + H2O
Kp = PCH4,PH2OPH2,PCO
(b) Kp approx 2,64
(c) Kc = 2,64. Como K>1, o equilíbrio está moderadamente deslocado para a formação de produtos.

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