(Himmelblau 5.2.2) O fosgênio gasoso deve provavelmente sua notoriedade por ter sido o primeiro produto tóxico gasoso a ser empregado como arma de ataque durante a Primeira Guerra Mundial, mas também é um produto usado intensivamente em processos químicos de uma grande variedade de materiais. O fosgênio pode ser produzido pela reação catalítica entre o CO e o gás cloro na presença de um catalisador de carbono. A reação química é:
Suponha que você tenha medido os produtos da reação de determinado reator e verificou que os produtos contêm
de cloro,
de fosgênio e
de CO . Calcule a extensão da reação e, usando o valor calculado, determine as quantidades iniciais de CO e
que foram usadas na reação.
Suponha que você tenha medido os produtos da reação de determinado reator e verificou que os produtos contêm
Passo 1
O que o enunciado pede:
- Calcular a extensão da reação
. - Determinar as quantidades iniciais de
e usadas.
Informações fornecidas (dados do enunciado):
- Quantidades finais medidas no reator:
,
,
. - Equação química da reação:
Observação importante (não pergunto nada a você): habitualmente assume-se que não havia produto inicial antes da reação, ou seja,
. Vou usar essa hipótese porque o enunciado não dá outra informação.
Passo 2
Definindo variáveis e conceito de extensão da reação:
- Seja
o número de mols inicial da espécie . - Seja
o número de mols final da espécie (medido). - Seja
o coeficiente estequiométrico da espécie na reação, com sinal negativo para reagentes e positivo para produtos. - A extensão da reação é
(em mol). A relação geral entre iniciais e finais é:
Explicando:
mede quantos “blocos estequiométricos” da reação ocorreram. Por exemplo, se
aqui, significa que 1 mol de
e 1 mol de
foram consumidos e 1 mol de
foi formado.
Passo 3
Aplicando a regra aos participantes da reação com seus
:
- Para
: . Então - Para
: . Então - Para
: . Então
Passo 4
Usando os valores finais medidos e a hipótese
:
- Temos
e .
Aplicando, obtemos Logo
Explicação didática: como cada vez que a reação avança em 1 mol forma-se exatamente 1 mol de
(coeficiente estequiométrico 1), o número de mols formados do produto é igual à extensão
quando não havia produto inicial.
Passo 5
Determinar as quantidades iniciais de
e
usando
:
- Para
: . Reorganizando, Substituindo e , - Para
: . Reorganizando, Substituindo e ,
Passo 6
Checagem rápida (consistência):
- Se começamos com
de e consumimos , resta , que é o valor final medido — bate. - Se começamos com
de e consumimos , resta , que é o valor final medido — bate. - Se formamos
de a partir de zero, o final é — bate.