O hidrogênio é considerado o combustível do futuro, pois sua combustão resulta em vapor dágua… A equação
representa a reação de Shift, um dos processos industriais que na presença de um catalisador constituído por uma mistura de
e
, permite a geração de hidrogênio.
Num reator de 2 L foram alimentados
ambos com pressões parciais de 200 torr, sob temperatura de
. Determine as concentrações molares de todas as espécies presentes na reação de Shift, no equilíbrio, e a percentagem de conversão do
Dados:
torr
.
Resp.
%Conversão do
.
Num reator de 2 L foram alimentados
Dados:
Resp.
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:
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) | CO₂ (g) | H₂ (g) | |
---|---|---|---|---|
Inicial (atm) | 0,263 | 0,263 | 0 | 0 |
Mudança (atm) |
|
|
|
|
Equilíbrio (atm) |
|
|
|
|
Passo 4
Vamos escrever a expressão da constante de equilíbrio $ K_p $:
Substituindo os valores do equilíbrio:
Simplificando:
Passo 5
Vamos resolver essa equação para encontrar o valor de $ x $:
Passo 6
Agora que temos $ x $, podemos encontrar as pressões parciais no equilíbrio:
Passo 7
Vamos converter essas pressões parciais em concentrações molares. Usamos a equação dos gases ideais:
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:
Passo 8
Por fim, vamos calcular a porcentagem de conversão do CO:
Resposta
As concentrações molares no equilíbrio são:
A porcentagem de conversão do CO é
.