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.
CO2(g)+H2(g) rightarrow CO(g)+H2 O(g)
b) Determine a composição de equilíbrio a 1000K e 500 bar.
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:
CO2(g) + H2(g) rightarrow CO(g) + H2O(g)
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:
Kc = [CO][H2O][CO2][H2] = 0,693
Substituindo as concentrações do equilíbrio da tabela ICE:
Kc = (x)(x)(1 - x)(1 - x) = x^2(1 - x)^2 = 0,693

Passo 5

Agora, precisamos resolver para x na equação:
x^2(1 - x)^2 = 0,693
Vamos tomar a raiz quadrada de ambos os lados para simplificar:
x1 - x = raiz0,693 approx 0,832
Agora, resolvemos para x:
x = 0,832(1 - x) x = 0,832 - 0,832x x + 0,832x = 0,832 1,832x = 0,832 x approx 0,8321,832 approx 0,454 mol

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

Exercícios relacionados