O hidrogênio é considerado o combustível do futuro, pois sua combustão resulta em vapor dágua… A equação CO(g)+H2 O(g) rightarrow CO2 (g)+H2(g) representa a reação de Shift, um dos processos industriais que na presença de um catalisador constituído por uma mistura de CuO(s), ZnO(s) e Al2 O3(s), permite a geração de hidrogênio.
Num reator de 2 L foram alimentados CO (g) e H2 O(g) ambos com pressões parciais de 200 torr, sob temperatura de 250^circ C. Determine as concentrações molares de todas as espécies presentes na reação de Shift, no equilíbrio, e a percentagem de conversão do CO(g)
Dados: K p shift =0,617 ; 760 torr =1 atm.
Resp. [CO]=3,44 times 10^-3 mol / L ;[H2 O]=3,44 times 10^-3 mol / L ;[CO2]=2,7 times 10^-3 mol / L ;[H2]=2,7 times 10^-3 mol / L %Conversão do CO=44 %.

Passo 1

Beleza, vamos lá! Temos uma reação química chamada reação de Shift, que transforma monóxido de carbono (CO) e vapor d’água (H₂O) em dióxido de carbono (CO₂) e hidrogênio (H₂). O exercício nos pede para encontrar as concentrações molares de todas as substâncias envolvidas no equilíbrio dessa reação e também a porcentagem de conversão do CO. Para isso, vamos usar o conceito de equilíbrio químico e a constante de equilíbrio $ K_p $.

Passo 2

Primeiro, vamos converter as pressões parciais de torr para atmosferas (atm), porque a constante $ K_p $ está em termos de atm. Sabemos que $ 760 $ torr é igual a $ 1 $ atm. Então:
Kp ã

Passo 3

Agora, vamos montar uma tabela de concentração nos estados Inicial, de Mudança e de Equilíbrio (Tabela ICE) para a reação:
CO (g) + H2O (g) rightarrow CO2 (g) + H2 (g)
CO (g) H₂O (g) CO₂ (g) H₂ (g)
Inicial (atm) 0,263 0,263 0 0
Mudança (atm) -x -x +x +x
Equilíbrio (atm) 0,263 - x 0,263 - x x x

Passo 4

Vamos escrever a expressão da constante de equilíbrio $ K_p $:
Kp
Substituindo os valores do equilíbrio:
Kp = PCO2 times PH2PCO times PH2O = 0,617
Simplificando:
x times x(0,263 - x) times (0,263 - x) = 0,617

Passo 5

Vamos resolver essa equação para encontrar o valor de $ x $:
x
raizx^2(0,263 - x)^2 = raiz0,617
x0,263 - x = raiz0,617 approx 0,785
x = 0,785 times (0,263 - x)
x = 0,207 - 0,785x
x + 0,785x = 0,207
1,785x = 0,207

Passo 6

Agora que temos $ x $, podemos encontrar as pressões parciais no equilíbrio:
x
PCO = 0,263 - 0,116 = 0,147 atm
PH2O = 0,263 - 0,116 = 0,147 atm
PCO2 = 0,116 atm

Passo 7

Vamos converter essas pressões parciais em concentrações molares. Usamos a equação dos gases ideais:
PV = nRT Rightarrow C = nV = PRT
Onde:
  • $ P $ é a pressão parcial em atm
  • $ V $ é o volume do reator = 2 L
  • $ R $ é a constante dos gases = 0,0821 L·atm/(mol·K)
  • $ T $ é a temperatura em Kelvin = $ 250 + 273 = 523 $ K
Calculando para cada espécie:
P
V
R
T

Passo 8

Por fim, vamos calcular a porcentagem de conversão do CO:
% Conversão do CO = ( xPressão inicial do CO ) times 100% = ( 0,1160,263 ) times 100% approx 44% ãã

Resposta

As concentrações molares no equilíbrio são:
  • [CO] = 3,44 times 10^-3 mol/L
  • [H2O] = 3,44 times 10^-3 mol/L
  • [CO2] = 2,7 times 10^-3 mol/L
  • [H2] = 2,7 times 10^-3 mol/L
A porcentagem de conversão do CO é 44%.

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