A síntese da amônia a 50 atm pode ser representada pela seguinte reação
. São conhecidos dois valores da constante de equilíbrio:
a 700 K , e
a 598 K . A partir destes dados, calcule:
a) A composição de equilíbrio em cada temperatura, partindo-se de uma mistura reagente em proporções estequiométricas. Discuta os resultados obtidos.
b) Idem ao item a, mas introduzindo junto com os reagentes
de gases inertes. Discuta os resultados obtidos.
a) A composição de equilíbrio em cada temperatura, partindo-se de uma mistura reagente em proporções estequiométricas. Discuta os resultados obtidos.
b) Idem ao item a, mas introduzindo junto com os reagentes
Passo 1
O enunciado trata da reação de síntese da amônia
a
,atm. São dadas as constantes de equilíbrio em pressão
; e
.
Precisamos calcular, para cada temperatura, a composição de equilíbrio partindo-se de mistura estequiométrica de reagentes (item a) e depois repetindo com de gás inerte na carga (item b). O método geral é usar balanço de matéria via avanço de reação
e a expressão
Precisamos calcular, para cada temperatura, a composição de equilíbrio partindo-se de mistura estequiométrica de reagentes (item a) e depois repetindo com
Passo 2
Definimos no item (a) o avanço
em mols baseado em 1 mol de
e 3 mol de
:
-
-
-
Total de mols no equilíbrio:
-
-
-
Total de mols no equilíbrio:
As frações molares são
e as pressões parciais
. Substituindo em
resulta
Calcula-se
Passo 3
Temperatura
,K:
Resolvendo numericamente
obtém-se
.
Dessa forma
Dessa forma
As pressões parciais em 50 atm são
,atm,
,atm,
,atm.
Passo 4
Temperatura
,K:
Resolvendo
achei
.
Logo
Logo
e
,atm,
,atm,
,atm.
Passo 5
Discussão (item a):
– A menores temperaturas a constante aumenta, favorecendo formação de
.
– Em 598 K a fração de é bem maior que em 700 K
.
– A menores temperaturas a constante
– Em 598 K a fração de
Passo 6
Para o item (b) introduzimos
de gás inerte na carga. Se originalmente havia 4 mol de reagentes, adiciona-se
mol de inerte, total inicial 5,333 mol. No equilíbrio:
A expressão de equilíbrio em
leva à equação
Passo 7
Em 700 K temos
. Resolvendo a equação acima dá
.
As frações molares resultam
As frações molares resultam
Passo 8
Em 598 K temos
. Da mesma equação surge
.
As frações molares são
As frações molares são
Passo 9
Discussão (item b):
– A presença de inerte dilui os reagentes, reduzindo as pressões parciais de e
.
– Consequentemente, o avanço e a fração de
em equilíbrio diminuem (compare com o caso sem inerte).
– Mesmo assim, a tendência de maior conversão a menor temperatura se mantém.
– A presença de inerte dilui os reagentes, reduzindo as pressões parciais de
– Consequentemente, o avanço
– Mesmo assim, a tendência de maior conversão a menor temperatura se mantém.
Resposta
Temperatura 700 K, sem inerte:
.
Temperatura 598 K, sem inerte: .
Temperatura 700 K, com 25 % inerte: .
Temperatura 598 K, com 25 % inerte: .
Temperatura 598 K, sem inerte:
Temperatura 700 K, com 25 % inerte:
Temperatura 598 K, com 25 % inerte: