Calcule o valor do quociente de reação, Q, para uma mistura de gases em que as pressões parciais, a 298 K , de \mathrm{N}_{2(\mathrm{~g})}, \mathrm{H}_{2(\mathrm{~g})} \in \mathrm{NH}_{3(\mathrm{~g})} sejam, respectivamente, 0,100 \mathrm{~atm}, 0,060 atm e 2,80 \mathrm{~atm}. O sistema está em equilíbrio? Caso contrário, para que direção tenderá a processar-se a reação? Considere o processo (não balanceado) representado:
\mathrm{N}_{2(\mathrm{~g})}+\mathrm{H}_{2(\mathrm{~g})} \rightleftharpoons \mathrm{NH}_{3(\mathrm{~g})} \text { (Síntese da amônia - Síntese de Haber-Bosch) }íôí

Passo 1

O enunciado nos dá uma mistura gasosa a 298 K com pressões parciais de \mathrm{N}_{2}, \mathrm{H}_{2} e \mathrm{NH}_{3} iguais a 0,100 atm, 0,060 atm e 2,80 atm, respectivamente. Pede-se o quociente de reação Q para o processo de síntese da amônia e, a partir disso, verificar se o sistema está em equilíbrio e em que direção a reação tenderá a ocorrer. O conteúdo aplicado é equilíbrio químico e quociente de reação.

Passo 2

Primeiro, balanceamos corretamente a reação de Haber–Bosch:
\mathrm{N}_{2(\mathrm{g})} + 3\,\mathrm{H}_{2(\mathrm{g})} \rightleftharpoons 2\,\mathrm{NH}_{3(\mathrm{g})}

Passo 3

O quociente de reação em termos de pressões ( Q_p ) é dado por
Q = \frac{(P_{\mathrm{NH}_3})^{2}}{(P_{\mathrm{N}_2})\,(P_{\mathrm{H}_2})^{3}}.

Passo 4

Substituindo os valores numéricos:
Q = \frac{(2,80)^{2}}{(0,100)\,(0,060)^{3}} = \frac{7,84}{0,100 \times 0,000216} = \frac{7,84}{0,0000216} \approx 3,6\times10^{5}.

Passo 5

Para comparar com o equilíbrio, usamos o valor tabulado de K_p a 298 K para essa reação, que é aproximadamente 6,0\times10^{5}. Como
Q \approx 3,6\times10^{5} < K_p \approx 6,0\times10^{5},
o sistema não está em equilíbrio e tende a formar mais produtos. Ou seja, a reação desloca-se para a direita (formação de \mathrm{NH}_3) até atingir Q=K_p.

Resposta

Q \approx 3,6\times10^{5}. O sistema não está em equilíbrio e a reação tenderá a ocorrer no sentido direto (formação de amônia).

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