Escreva a expressão da Keq para a seguinte reação química em equilíbrio: \mathrm{C}(\mathrm{s})+\mathrm{CO} 2(\mathrm{~g}) \leftrightarrow 2 \mathrm{CO}(\mathrm{g})
A tabela abaixo mostra as % de CO2(g) e CO(g) à pressão total de 1 atm variando-se a temperatura. Calcule o valor de Keq a cada temperatura. Seria possível dizer se a reação é endotérmica ou exotérmica? Justifique sua resposta.
l l l
Temperatura ( { }^{\circ} \mathrm{C} ) \mathrm{CO}_{2} (%, mol) CO (%, mol)
850 6,23 93,77
950 1,32 98,68
1050 0.37 99,63
1200 0.06 99,94

Passo 1

O enunciado dá a reação em equilíbrio
\mathrm{C}(\mathrm{s})+\mathrm{CO}_{2}(\mathrm{g})\;\rightleftharpoons\;2\,\mathrm{CO}(\mathrm{g})
e fornece a composição em porcentagem molar de \mathrm{CO}_{2} e \mathrm{CO} a P_{\text{total}}=1 atm para várias temperaturas. O conteúdo envolve equilíbrio químico gasoso, expressão da constante de equilíbrio em pressão K_{p}, cálculo de pressões parciais a partir de frações molares e análise qualitativa da variação de K_{p} com a temperatura (princípio de Le Châtelier).

Passo 2

Em equilíbrio gasoso, a constante K_{p} despreza a atividade do sólido e fica somente em função dos gases. Para
\mathrm{C}(\mathrm{s})+\mathrm{CO}_{2}(\mathrm{g})\;\rightleftharpoons\;2\,\mathrm{CO}(\mathrm{g})
a expressão é
K_{p} = \frac{\bigl(P_{\mathrm{CO}}\bigr)^{2}}{P_{\mathrm{CO}_{2}}}\,.

Passo 3

Como P_{\text{total}}=1 atm e a composição está em \% molar, as pressões parciais são
P_{\mathrm{CO}_{2}} = \frac{\%\mathrm{CO}_{2}}{100}\times1\;\mathrm{atm}, \quad P_{\mathrm{CO}} = \frac{\%\mathrm{CO}}{100}\times1\;\mathrm{atm}.
Substituímos esses valores em K_{p}=\bigl(P_{\mathrm{CO}}\bigr)^{2}/P_{\mathrm{CO}_{2}}.

Passo 4

Para 850\,{}^{\circ}\mathrm{C}:
P_{\mathrm{CO}_{2}}=0,0623\;\mathrm{atm},\quad P_{\mathrm{CO}}=0,9377\;\mathrm{atm}
K_{p}(850) = \frac{(0,9377)^{2}}{0,0623} = \frac{0,8793}{0,0623} \approx14{,}1

Passo 5

Para 950\,{}^{\circ}\mathrm{C}:
P_{\mathrm{CO}_{2}}=0,0132\;\mathrm{atm},\quad P_{\mathrm{CO}}=0,9868\;\mathrm{atm}
K_{p}(950) = \frac{(0,9868)^{2}}{0,0132} = \frac{0,9738}{0,0132} \approx73{,}8

Passo 6

Para 1050\,{}^{\circ}\mathrm{C}:
P_{\mathrm{CO}_{2}}=0,0037\;\mathrm{atm},\quad P_{\mathrm{CO}}=0,9963\;\mathrm{atm}
K_{p}(1050) = \frac{(0,9963)^{2}}{0,0037} = \frac{0,9926}{0,0037} \approx268

Passo 7

Para 1200\,{}^{\circ}\mathrm{C}:
P_{\mathrm{CO}_{2}}=0,0006\;\mathrm{atm},\quad P_{\mathrm{CO}}=0,9994\;\mathrm{atm}
K_{p}(1200) = \frac{(0,9994)^{2}}{0,0006} = \frac{0,9988}{0,0006} \approx1665

Passo 8

Observamos que K_{p} aumenta fortemente com a temperatura. Pelo princípio de Le Châtelier, isso indica que a reação consome calor (é favorecida ao elevar T), ou seja, é endotérmica.

Resposta

K_{p}(850\,^{\circ}\mathrm{C})\approx14{,}1 K_{p}(950\,^{\circ}\mathrm{C})\approx73{,}8 K_{p}(1050\,^{\circ}\mathrm{C})\approx268 K_{p}(1200\,^{\circ}\mathrm{C})\approx1665
A reação é endotérmica, pois K_{p} cresce com o aumento da temperatura.

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