Dióxido de carbono no estado gasoso pode reagir com grafite para a formação de monóxido de carbono, que por sua vez pode formar carbono sólido e gás oxigênio. Baseado nessas informações, determine qual a composição no equílibrio para uma condição operacional de 1 bar e 2000 K. Em seguida, afirme se a reação teria uma maior conversão caso ocorresse a 1000 K, justificando a resposta em função de conceitos apresentados no encontro virtual.

Passo 1

Beleza, vamos por partes. O enunciado diz que dióxido de carbono gasoso reage com grafite formando monóxido de carbono, e esse CO pode se decompor em carbono sólido e oxigênio gasoso. Precisamos achar a composição de equilíbrio (frações molares ou pressões parciais de CO₂, CO e O₂) a 1 bar e 2000 K. O conteúdo aqui é equilíbrio químico heterogêneo, usando constantes de equilíbrio em função de ΔG° e fazendo balanço de material.

Passo 2

Primeiro, escrevemos as duas reações de equilíbrio separadas e suas expressões de CO2(g) + Cs ;<=ftharpoons; 2,CO(g) :
  1. Boudouard:
Kp1 ;=;PCO^2PCO2
CO(g) ;<=ftharpoons; Cs + tfrac12,O2(g)
  1. Decomposição do CO:
Kp2 ;=;PO2^1/2PCO
Kp1approx 10, Kp2approx 8times10^-4
Da tabela termodinâmica (ou do enunciado do encontro virtual) obtemos, a 2000 K:

Passo 3

Agora definimos variáveis. Começamos com CO₂ puro a 1 bar, sem CO e sem O₂:
– avanço da reação 1: PCO2 ;=; 1 - xi1, PCO ;=; 0 + 2,xi1 - xi2, PO2 ;=; 0 + tfrac12,xi2
– avanço da reação 2: PCO2 ;+;PCO ;+;PO2 = 1
Pressões parciais (em bar) no equilíbrio:
Como a pressão total é 1 bar, vale

Passo 4

Agora impomos as duas condições de equilíbrio:
  1. PCOPCO2=raizKp1=raiz10approx3,16
  2. x + 3,16,x = 1Longrightarrow x = 0,241
Como PCO2=0,241,bar, PCO=0,759,bar vai ficar muito pequenininha (reação 2 é pouco favorecida), a gente primeiro resolve a 1 pra achar a razão :
Como , chamamos e , então
Logo

Passo 5

Agora usamos PO2^1/2 = Kp2,PCO = 8times10^-4times0,759 approx6,1times10^-4, pra achar PO2 = (6,1times10^-4)^2 approx3,7times10^-7,bar :

Resposta

A composição de equilíbrio a 2000 K e 1 bar é, aproximadamente:
PCO2 = 0,241,bar, PCO = 0,759,bar, PO2 = 3,7times10^-7,bar
Se a reação ocorresse a 1000 K, a constante seria menor (reações endotérmicas favorecem mais o produto a T alta), então o CO se formaria muito menos. Em outras palavras, a conversão seria menor a 1000 K por causa do Princípio de Le Chatelier aplicado a uma reação endotérmica.

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