Haber iniciou um experimento com uma mistura consistindo em 0,500 mol / L de N2, e 0,800 mol / L de H2 e deixou-a atingir o equilíbrio com o produto, amônia. No equilíbrio, a uma certa temperatura, a concentração de NH3 era de 0,150 mol / L. Calcule o Kc para esta reação.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente está lidando com um experimento químico chamado Processo de Haber, que envolve as concentrações de nitrogênio ( N2), hidrogênio ( H2) e amônia ( NH3) em equilíbrio químico. O objetivo aqui é calcular a constante de equilíbrio ( Kc) dessa reação. Para isso, vamos precisar entender como as concentrações mudam até alcançar o equilíbrio e aplicar a fórmula do Kc.

Passo 2

Primeiro, vamos escrever a equação balanceada da reação do Processo de Haber:
N2 + 3H2 rightarrow 2NH3
Essa equação nos mostra que 1 mol de N2 reage com 3 mols de H2 para produzir 2 mols de NH3.

Passo 3

Vamos definir as concentrações iniciais e as concentrações no equilíbrio:
  • Concentrações iniciais:
    • N2: 0,500 mol/L
    • H2: 0,800 mol/L
    • NH3: 0 mol/L (já que ainda não foi formado)
  • Concentrações no equilíbrio:
    • NH3: 0,150 mol/L (dado no enunciado)
Vamos chamar de x a quantidade de N2 que reage até o equilíbrio.

Passo 4

Com base na estequiometria da reação, para cada x mol/L de N2 que reage:
  • A concentração de N2 diminui em x mol/L.
  • A concentração de H2 diminui em 3x mol/L.
  • A concentração de NH3 aumenta em 2x mol/L.
Então, podemos expressar as concentrações no equilíbrio da seguinte forma:
[N2]equilíbrio = 0,500 - x [H2]equilíbrio = 0,800 - 3x [NH3]equilíbrio = 0 + 2x = 2x ííí

Passo 5

Já sabemos que no equilíbrio [NH3] = 0,150 mol/L. Então podemos usar essa informação para encontrar o valor de x:
2x = 0,150 Rightarrow x = 0,1502 = 0,075 mol/L

Passo 6

Agora que temos o valor de x, podemos calcular as concentrações de N2 e H2 no equilíbrio:
[N2]equilíbrio = 0,500 - 0,075 = 0,425 mol/L í
[H2]equilíbrio = 0,800 - 3(0,075) = 0,800 - 0,225 = 0,575 mol/L í

Passo 7

Com todas as concentrações no equilíbrio conhecidas, podemos agora calcular a constante de equilíbrio ( Kc) usando a expressão da reação balanceada:
Kc = [NH3]^2[N2][H2]^3
Substituindo os valores que encontramos:
Kc = (0,150)^2(0,425)(0,575)^3

Passo 8

Vamos calcular o numerador e o denominador separadamente:
Numerador = (0,150)^2 = 0,0225
Denominador = 0,425 times (0,575)^3 = 0,425 times 0,1901 approx 0,0808

Passo 9

Agora, dividimos o numerador pelo denominador para encontrar o Kc:
Kc = 0,02250,0808 approx 0,278

Resposta

A constante de equilíbrio ( Kc) para a reação é aproximadamente 0,278.

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