A constante de equilíbrio Kp(=Kc) da reação: Pb(l)+H2 O(g) <=ftharpoons PbO(s)+H2(g) é 1,3 times 10^-4, a 1000 K. Uma mistura de gases, num balão de 1,0 L, contém, inicialmente, H2 O a 1,0 atm e H2 a 1,0 times 10^-3 atm. A mistura está em contato com o chumbo fundido e PbO sólido e o sistema atinge o equilíbrio. Quais as pressões parciais de H2 O e H2 neste equilíbrio? Caso não esteja em equilíbrio, em que sentido ela avança para atingi-lo?

Passo 1

Beleza, vamos lá. O enunciado fala de equilíbrio químico gasoso na reação
Pb(ell) + H2O(g) <=ftharpoons PbO(s) + H2(g)
e diz que a constante de equilíbrio em pressão (Kₚ) é a 1000 K. Inicialmente temos, num balão de 1 L, pressões parciais de atm e atm. A questão pede: quais serão as pressões parciais no equilíbrio e, se não estiver em equilíbrio, para que lado o sistema “anda” para chegar lá?
Conteúdo que vamos usar: reação de equilíbrio gasoso, constante de equilíbrio , quociente de reação , tabela ICE (Initial-Change-Equilibrium) e resolução de equação simples.

Passo 2

Primeiro calculamos o quociente de reação Qp = p(H2)p(H2O) = 1,0times10^-31,0 = 1,0times10^-3 com as pressões iniciais:
Qp = 1,0times10^-3 ;>; Kp = 1,3times10^-4,
Comparamos com . Como
isso significa que temos produto (H₂) “demais” em relação ao equilíbrio, então a reação vai andar no sentido inverso (vai consumir H₂ e formar H₂O) até atingir o equilíbrio.

Passo 3

Agora montamos a tabela ICE em termos de variação c|cc & p(H2O) & p(H2) hline Inicial (atm) & 1,0 & 1,0times10^-3 Variação & +y & -y Equilíbrio & 1,0 + y & 1,0times10^-3 - y ou Kp ;=; p(H2)rm eqp(H2O)rm eq ;=;1,0times10^-3 - y1,0 + y =1,3times10^-4 . Como o deslocamento é para a esquerda, o H₂O aumenta e o H₂ diminui:
çãí
No equilíbrio vale

Passo 4

Basta resolver para 1,0times10^-3 - y =1,3times10^-4,(1 + y) =1,3times10^-4 +1,3times10^-4,y :
1,0times10^-3 - 1,3times10^-4 = y + 1,3times10^-4,y Longrightarrow 0,00087 = y,(1 + 1,3times10^-4) approx y
Passando termos:
p(H2O)rm eq = 1,0 + 8,7times10^-4 approx 1,00087 rm atm,
Então p(H2)rm eq = 1,0times10^-3 - 8,7times10^-4 approx 1,3times10^-4 rm atm atm. As pressões no equilíbrio são:

Resposta

As pressões parciais no equilíbrio são
p(H2O)rm eqapprox1,00087 atm, p(H2)rm eqapprox1,3times10^-4 atm
Como , a reação se desloca para a esquerda (consome H₂ e forma H₂O) até atingir essas condições.

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