Para a mistura gasosa dada abaixo, a 900 K :
(i) Escreva as reações independentes do sistema
(ii) Determine as constantes de equilíbrio das reações
(iii) Determine a afinidade das reações
(iv) Qual é a direção de variação espontânea do sistema?
Component
CO
Mole fraction
0.19
0.05
0.30
0.05
0.50
(i) Escreva as reações independentes do sistema
(ii) Determine as constantes de equilíbrio das reações
(iii) Determine a afinidade das reações
(iv) Qual é a direção de variação espontânea do sistema?
Component |
|
|
|
|
CO |
|
Mole fraction | 0.19 | 0.05 |
|
0.30 | 0.05 | 0.50 |
Passo 1
O enunciado fornece uma mistura gasosa a
com frações molares de
,
,
,
, CO e
. Pede-se:
- (i) identificar três reações independentes que descrevam as transformações possíveis respeitando balanços de C, H e O;
- (ii) obter as respectivas constantes de equilíbrio
a ; - (iii) calcular a afinidade
de cada reação no estado atual da mistura; - (iv) decidir a direção espontânea de cada reação.
Conteúdos envolvidos: estequiometria de reações, equilíbrio químico de gases ideais
e afinidade química
ou
.
Passo 2
Escolhemos três reações independentes envolvendo C, H e O:
Cada reação conserva C, H e O e o conjunto é linearmente independente.
Passo 3
Para cada reação
definimos
onde
são coeficientes estequiométricos (produtos positivos, reagentes negativos) e
são energias livres padrão de formação à
(obtidas em tabela). Então
Em particular:
Passo 4
Como gases ideais em
, aproximamos atividades por frações molares
. O quociente de reação
é
Passo 5
A afinidade de cada reação é
Logo, usando
e
, temos
Passo 6
Comparando cada
com o respectivo
:
- Se
, a reforma de vapor (R1) segue para a direita. - Se
, o deslocamento de água-gás (R2) segue para a direita. - Se
, a formação de água (R3) segue para a direita. Caso contrário, seguem em sentido inverso.
Resposta
i) Reações independentes:
ii) Constantes de equilíbrio:
com
obtido em tabelas de
a
.
iii) Afinidades:
iii) Afinidades:
com
iv) Direção espontânea: para cada reação , se
o processo avança no sentido direto; se
, regride (sentido inverso).
iv) Direção espontânea: para cada reação