Considere a reação apresentada a seguir para responder as perguntas. Considere que a alimentação é composta por 1 mol de gas carbônico e 1 mol de hidrogênio.
a) Determine a composição de equilíbrio a 1000K e 1 bar.
Passo 1
E aí! Vamos resolver esse exercício juntos. A gente tem uma reação química envolvendo dióxido de carbono (CO₂) e hidrogênio (H₂) que se transformam em monóxido de carbono (CO) e água (H₂O). Nosso objetivo aqui é descobrir qual será a composição dos gases quando a reação atingir o equilíbrio, ou seja, quando as quantidades das substâncias pararem de mudar. Para isso, vamos precisar entender um pouco sobre equilíbrio químico, usar as quantidades iniciais que são 1 mol de CO₂ e 1 mol de H₂, além de trabalhar com as pressões e temperaturas dadas: 1000 K e 1 bar.
Passo 2
Primeiro, vamos escrever a equação balanceada da reação:
Nessa reação, 1 mol de CO₂ reage com 1 mol de H₂ para formar 1 mol de CO e 1 mol de H₂O.
Passo 3
Agora, vamos definir as quantidades iniciais das substâncias. Inicialmente, temos:
- 1 mol de CO₂
- 1 mol de H₂
- 0 mol de CO
- 0 mol de H₂O
Vamos chamar de “x” a quantidade de CO₂ e H₂ que vai reagir durante a reação para chegar ao equilíbrio.
Passo 4
No equilíbrio, as quantidades serão:
- CO₂: 1 - x
- H₂: 1 - x
- CO: 0 + x = x
- H₂O: 0 + x = x
Passo 5
A gente precisa usar o conceito de frações molares para encontrar a composição final. A fração molar de cada gás é a quantidade desse gás dividida pelo total de moles no sistema.
Primeiro, vamos calcular o total de moles no equilíbrio:
Total de moles = (1 - x) + (1 - x) + x + x = 2 mol
Passo 6
Então, as frações molares são:
Passo 7
Sabemos que as frações molares de CO e H₂O são dadas como 0,27 cada. Então:
Passo 8
Agora, substituímos o valor de x para encontrar as frações molares de CO₂ e H₂:
Resposta
A composição de equilíbrio é: