Em um reator num dado instante da reação existem 0,249 \mathrm{~mol} de \mathrm{N}_{2}, 3,21 \times 10^{-2} \mathrm{~mol} \mathrm{de} \mathrm{H}_{2} e 6,42 \times 10^{-4} \mathrm{~mol}^{-} \mathrm{NH}_{3} em um frasco de 3,50 \mathrm{~L} a 375^{\circ} \mathrm{C}.
\mathrm{N}_{2}(\mathrm{~g})+3 \mathrm{H}_{2}(\mathrm{~g}) \rightarrow 2 \mathrm{NH}_{3}(\mathrm{~g})
Se a constante de equilíbrio (Kc) para a reação for 1,2 nessa temperatura, determine se o sistema está em equilíbrio. Caso contrário, preveja a direção da reação líquida.
Q_{\mathrm{c}}=\frac{\left[\mathrm{NH}_{3}\right]_{0}^{2}}{\left[\mathrm{~N}_{2}\right]_{0}\left[\mathrm{H}_{2}\right]_{0}^{3}}=\frac{\left(1.83 \times 10^{-4}\right)^{2}}{(0.0711)\left(9.17 \times 10^{-3}\right)^{3}}=0.611
Como Qc é menor que K c(1,2), o sistema não está em equilíbrio. 0 resultado líquido será um aumento na concentração de \mathrm{NH}_{3} e uma diminuição nas concentrações de \mathrm{N}_{2} e H2. Assim, a reação líquida irá da esquerda para a direita até que o equilíbrio seia alcançado.

Passo 1

O enunciado dá as quantidades de matéria num reator a 375^\circ\mathrm{C} e volume 3{,}50\\ \mathrm{L}:
0{,}249 mol de \mathrm{N}_2
3{,}21\times10^{-2} mol de \mathrm{H}_2
6{,}42\times10^{-4} mol de \mathrm{NH}_3
A reação é
\mathrm{N}_2(g) + 3\,\mathrm{H}_2(g) \longrightarrow 2\,\mathrm{NH}_3(g)
e a constante de equilíbrio é K_c=1{,}2. Vamos calcular o quociente de reação Q_c e comparar com K_c.

Passo 2

Calculemos as concentrações iniciais dividindo os mols pelo volume:
[\mathrm{N}_2] = \frac{0{,}249}{3{,}50} =0{,}0711\\ \mathrm{M}, \quad [\mathrm{H}_2] =\frac{3{,}21\times10^{-2}}{3{,}50} =9{,}17\times10^{-3}\\ \mathrm{M},
[\mathrm{NH}_3] =\frac{6{,}42\times10^{-4}}{3{,}50} =1{,}83\times10^{-4}\\ \mathrm{M}.

Passo 3

O quociente de reação é definido por
Q_c =\frac{[\mathrm{NH}_3]^2}{[\mathrm{N}_2]\,[\mathrm{H}_2]^3}.
Substituindo os valores:
Q_c =\frac{\bigl(1{,}83\times10^{-4}\bigr)^2} {(0{,}0711)\,\bigl(9{,}17\times10^{-3}\bigr)^3} \approx0{,}611.

Passo 4

Comparamos Q_c e K_c:
- Se Q_c<K_c, a reação ocorre no sentido direto (formar produtos).
- Aqui 0{,}611<1{,}2, logo o sistema não está em equilíbrio e a reação líquida vai da esquerda para a direita, aumentando a produção de \mathrm{NH}_3.

Resposta

O sistema não está em equilíbrio e a reação líquida prossegue da esquerda para a direita (formação de \mathrm{NH}_3) até atingir o equilíbrio.

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