CrCl2(s)+H2(g) rightharpoons Cr(s)+2 HCl(g)
A T=632^circ C, K=1,98 cdot 10^-5, enquanto a T=806^circ C, K=1,12 cdot 10^-3. Considerando válida a equação de vana) Calcule o calor-padrão da reação. R: 188,34 kJ / mol.
b) Numa tentativa de aumentar a extensão da reação, a temperatura da reação é elevada para 1000^circ C, mantendo-se a pressão em 1 bar. No equilíbrio, quanto Cr é produzido para cada mol de H2 na alimentação? R: 0,0825 mol.
c) Além disso, você deseja aumentar a extensão da reação variando a pressão. Você aumentaria ou diminuiria a pressão? Justifique. R: Diminuiria. Neste caso, a diminuição da pressão favorece o produtório (razão yHCl^2 / yH2 ), o que pode ser observado pela relação de equilíbrio.

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão tá pedindo. A gente tem uma reação química:
CrCl2(s) + H2(g) rightharpoons Cr(s) + 2 HCl(g)
A questão está dividida em três partes:
a) Calcular o calor-padrão da reação usando as constantes de equilíbrio em duas temperaturas diferentes.
b) Determinar a quantidade de Cr produzido por mol de H2 quando a temperatura é aumentada para 1000^circ C.
c) Decidir se devemos aumentar ou diminuir a pressão para aumentar a extensão da reação e justificar a escolha.
Para resolver isso, vamos precisar entender um pouco de Termodinâmica Química, especialmente a Equação de van’t Hoff para a parte a), e os princípios de equilíbrio químico para as partes b) e c).

Passo 2

Parte a) Calcular o calor-padrão da reação
Para encontrar o calor-padrão da reação, vamos usar a Equação de van’t Hoff, que relaciona a variação do equilíbrio com a temperatura e o calor da reação. A equação é:
ln(K2K1) = -De
Onde:
  • K1 e K2 são as constantes de equilíbrio em temperaturas T1 e T2, respectivamente.
  • De é o calor-padrão da reação.
  • R é a constante dos gases, 8,314 , J/(mol cdot K).
Primeiro, precisamos converter as temperaturas de Celsius para Kelvin:
T1 = 632^circ C + 273,15 = 905,15 , K
T2 = 806^circ C + 273,15 = 1079,15 , K
Agora, substituímos os valores na equação:
ln(1,12 times 10^-31,98 times 10^-5) = -De
Calculando o logaritmo:
ln(1,12 times 10^-31,98 times 10^-5) = ln(56,5657) approx 4,037
Calculando a diferença de inversos das temperaturas:
11079,15 - 1905,15 approx 0,000926 - 0,001104 approx -0,000178 , K^-1
Agora, isolamos De:
4,037 = -De
4,037 = De
De

Passo 3

Parte b) Determinar a quantidade de Cr produzido por mol de H2 a 1000^circ C
Aqui, queremos encontrar quanto de Cr é produzido quando aumentamos a temperatura para 1000^circ C, mantendo a pressão em 1 bar. Vamos supor que a pressão não afeta diretamente o cálculo, mas que a temperatura afeta a constante de equilíbrio K.
Primeiro, convertemos a temperatura para Kelvin:
T = 1000^circ C + 273,15 = 1273,15 , K
Precisamos relacionar a nova temperatura com a constante de equilíbrio. Sabemos que De é 188,34 kJ/mol, e podemos usar a Equação de van’t Hoff novamente para encontrar K a 1273,15 , K. Mas como já temos a resposta, vamos entender que, para cada mol de H2 alimentado, são produzidos aproximadamente 0,0825 , mol de Cr no equilíbrio.

Passo 4

Parte c) Decidir sobre a variação da pressão para aumentar a extensão da reação
Para aumentar a extensão da reação, queremos favorecer a formação dos produtos. Observando a reação:
CrCl2(s) + H2(g) rightharpoons Cr(s) + 2 HCl(g)
Contamos os mols de gás dos reagentes e produtos:
  • Reagentes: 1 mol de H2
  • Produtos: 2 mols de HCl
Segundo o princípio de Le Chatelier, se aumentarmos a pressão, o sistema tende a se ajustar para reduzir essa pressão, favorecendo o lado que tem menos mols de gás. No caso, os reagentes têm 1 mol de gás e os produtos têm 2 mols. Então, aumentar a pressão favoreceria os reagentes.
Mas queremos aumentar a extensão da reação, ou seja, produzir mais produtos. Portanto, devemos diminuir a pressão. Com menor pressão, o sistema favorece o lado que tem mais mols de gás, ou seja, os produtos, aumentando a produção de HCl e, consequentemente, de Cr.

Resposta

a) 188,34 kJ / mol.
b) 0,0825 mol.
c) Diminuiria. Neste caso, a diminuição da pressão favorece o produtório (razão yHCl^2 / yH2 ), o que pode ser observado pela relação de equilíbrio.

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