Suponha que a alimentação de um reator contém 1 mol CO, 2 mols H2 O e nenhum CO2 nem H2 e que a mistura reativa atinge o equilíbrio a 1105 K . Calcule a composição de equilíbrio e a conversão fracional do reagente limitante sabendo que nessa temperatura K=1.

Passo 1

Então, o enunciado diz o seguinte: a alimentação de um reator tem 1 mol de CO, 2 mol de H₂O e zero de CO₂ e H₂. A reação é
CO + H2O <=ftharpoons CO2 + H2
e a 1105 K a constante de equilíbrio é . A ideia é descobrir quantos mols de cada espécie existem no equilíbrio e qual a conversão fracional do reagente limitante.
Conteúdo: equilíbrio químico (constante ), tabela de ICE (ou RICE) e conversão fracional. Vamos precisar montar a tabela de variação de mols, aplicar a definição de e resolver para a conversão.

Passo 2

Montamos a tabela ICE (Inicial–Variação–Equilíbrio) em função de uma variável K = PCO2;PH2PCO;PH2Oapprox [CO2],[H2][CO],[H2O], que vai ser a quantidade de CO que reage:
\
Espécie Inicial (mol) Variação Equilíbrio (mol)
CO 1
H₂O 2
CO₂ 0
H₂ 0
Teoria: a constante de equilíbrio, para gases ideais, é

Como estamos só em mols num mesmo volume e pressão total constante, podemos usar diretamente as concentrações proporcionais aos mols.

Passo 3

Escrevemos a expressão de K = 1 = (x),(x)(1 - x),(2 - x) Longrightarrow 1 = x^2(1 - x)(2 - x) em função de :

Passo 4

Agora resolvemos algebricamente:
x^2 = (1 - x)(2 - x) = 2 - 3x + x^2 ;Longrightarrow; x^2 - x^2 + 3x - 2 = 0 ;Longrightarrow; 3x = 2 ;Longrightarrow; x = 23approx 0,667

Passo 5

Com nCO = 1 - x = 1 - tfrac23 = tfrac13, nH2O = 2 - x = 2 - tfrac23 = tfrac43, , as quantidades no equilíbrio são:
nCO2 = x = tfrac23, nH2 = x = tfrac23
conversão = xn0,CO = 2/31 = 23approx 66,7%
O reagente limitante era o CO (1 mol), então a conversão fracional é
ã

Resposta

Equilíbrio (mols):
CO= tfrac13, H2O= tfrac43, CO2= tfrac23, H2= tfrac23
Conversão fracional do CO (limitante):
boxed0,667;(ou 66,7%)

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