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.
b) Determine a composição de equilíbrio a 1000K e 500 bar.
Considere que a constante de equilíbrio a 1000 K é 0,693.
Considere que a constante de equilíbrio a 1000 K é 0,693.
Passo 1
Beleza, vamos lá! Você me enviou um exercício sobre equilíbrio químico, especificamente envolvendo a reação entre dióxido de carbono (CO₂) e hidrogênio (H₂) para formar monóxido de carbono (CO) e água (H₂O). O conteúdo principal aqui é o equilíbrio químico e como determinar a composição no equilíbrio de uma reação química. Para resolver isso, vamos precisar entender como montar uma tabela de equilíbrio (chamada de tabela ICE) e aplicar a constante de equilíbrio fornecida.
Passo 2
Primeiro, vamos escrever a reação química balanceada:
Aqui, vemos que 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 montar uma tabela ICE, que ajuda a visualizar as concentrações iniciais, as mudanças durante a reação e as concentrações no equilíbrio.
CO₂ (g) | H₂ (g) | CO (g) | H₂O (g) | |
---|---|---|---|---|
Inicial (I) | 1 | 1 | 0 | 0 |
Mudança © | -x | -x | +x | +x |
Equilíbrio (E) | 1 - x | 1 - x | x | x |
Explicação: Começamos com 1 mol de CO₂ e 1 mol de H₂, e nenhum produto inicialmente. À medida que a reação avança, x mols de CO₂ e H₂ são consumidos, formando x mols de CO e H₂O.
Passo 4
A constante de equilíbrio (Kc) para a reação a 1000 K é dada por:
Substituindo as concentrações do equilíbrio da tabela ICE:
Passo 5
Agora, precisamos resolver para x na equação:
Vamos tomar a raiz quadrada de ambos os lados para simplificar:
Agora, resolvemos para x:
Passo 6
Com o valor de x encontrado, podemos determinar as concentrações no equilíbrio:
- CO₂:
- H₂:
- CO:
- H₂O:
Passo 7
Finalmente, como a pressão total é de 500 bar e estamos supondo comportamento ideal dos gases, as concentrações molar podem ser consideradas proporcionais aos mols em equilíbrio.
Resposta
A composição de equilíbrio a 1000 K e 500 bar é:
- CO₂: 0,546 mol
- H₂: 0,546 mol
- CO: 0,454 mol
- H₂O: 0,454 mol