A reação
é realizada em fase gasosa a 5 atm em um reator de paredes móveis com concentrações iniciais dos gases hidrogênio e cloro iguais a
e
respectivamente. Determine:
a) O reagente limitante
b) A concentração de
no tempo de meia vida da reação
c) A pressão parcial de HCl após
de conversão
d) Se
de HCl estiverem presentes no início da reação, qual será a conversão quando sua concentração atingir
? Massas atômicas:
.
a) O reagente limitante
b) A concentração de
c) A pressão parcial de HCl após
d) Se
Passo 1
Enunciado e dados que nos foram dados (sem resolver nada ainda):
- Reação:
. - Condições iniciais (fase gasosa): pressão total
. - Concentrações iniciais:
,
. - Perguntas:
(a) Determinar o reagente limitante.
(b) Determinar a concentração deno tempo de meia‑vida da reação.
(c) Determinar a pressão parcial deapós de conversão.
(d) Se houverde no início, qual será a conversão quando sua concentração atingir ? - Massas atômicas:
, .
Passo 2
Identificando o reagente limitante de maneira direta por comparação das proporções estequiométricas:
- A estequiometria pede
mol de para cada mol de . - Comparamos as concentrações iniciais:
e . - Como
, há menos disponível na proporção estequiométrica: portanto o reagente limitante é .
Passo 3
Organizando a descrição estequiométrica e conceito de conversão/avanço (aula curtinha e prática):
- Definimos a variável avanço por volume (mol/L)
tal que, ao ocorrer reação com avanço : -
diminui em : . -
diminui em : . -
aumenta em : .
-
- Conversão
do reagente limitante ( ) é a fração consumida: Assim . - Observação útil (simplifica muito aqui): o número total de mols por reação elementar é
, logo . Isso significa que a soma das concentrações molares totais não muda pelo progresso da reação; se o sistema for isoterma e ideal, a concentração total permanece igual ao valor inicial. Com os dados iniciais sem , . Mas para resolver as partes pedidas não precisamos de e : usamos apenas as relações estequiométricas acima.
Passo 4
Resolvendo (b): concentração de
no tempo de meia‑vida da reação.
- Interpretação de “meia‑vida”: tempo em que o reagente limitante (
) está pela metade, ou seja conversão . - Então
- Pela estequiometria,
Passo 5
Resolvendo (c): pressão parcial de
após
de conversão.
- Conversão dada:
. Então o avanço é - Concentração de
formada: - Para obter a pressão parcial usamos a lei de Dalton: a pressão parcial de um gás é sua fração molar vezes a pressão total. A fração molar de
é . Aqui (vimos no Passo 3). - Portanto a pressão parcial de
é
Passo 6
Resolvendo (d): caso com
presente no início.
- Primeiro convertemos massas para mols (sempre passo importante!): massa molar de
é - Concentração inicial dada de
: . Em mol/L: - Concentração final desejada:
corresponde a - Variação de
ocorrida: - Pela estequiometria
. Logo o avanço (adicional) é - Conversão
do reagente limitante ( ) é
Resposta
(a)
é o reagente limitante.
(b)
(c)
(d)
(b)
(c)
(d)