- A temperaturas próximas de
e ao passar por coque quente (uma forma de carbono obtido a partir do carvão), o vapor de água reage para formar CO e
:
$$\mathrm{C}{(\mathrm{s})}+\mathrm{H}{2} \mathrm{O}{(\mathrm{g})} \rightleftharpoons \mathrm{CO}{(\mathrm{g})}+\mathrm{H}_{2(\mathrm{~g})}A mistura gasosa resultante representa um importante combustível industrial, chamado gás de água.
(a) A
. Quais são as concentrações de
, de CO e de
no equilíbrio na mistura a essa temperatura se partirmos de carbono sólido e 4,4 atm de
em um recipiente de 2 L ?
Passo 1
O enunciado fornece e pede o seguinte (lista clara das informações e do que é pedido):
- Reação:
. - Temperatura:
. - Constante de equilíbrio em pressão:
(a ). - Condições iniciais: apenas carbono sólido e vapor de água gasoso com pressão inicial
em um recipiente de . - O que pedir: as concentrações (mol·L
) em equilíbrio de , e a .
Passo 2
Montar a expressão do equilíbrio e a tabela de pressões (ICE) em termos de uma incógnita:
- Para a reação dada, a expressão de
é
Obs.: o carbono sólido não aparece na expressão de
porque sua atividade é constante (não entra na expressão).
- Definimos
como a pressão em equilíbrio de (e também de , porque são formados em igual quantidade). Assim:
Passo 3
Escrever a equação de equilíbrio em
e resolver:
- Substituindo na expressão de
:
- Isso dá a equação quadrática
- Calcular o discriminante
:
- Raiz quadrada:
- Solução positiva (física) da quadrática:
(A outra raiz é negativa e desprezível fisicamente.)
- Verificação rápida de plausibilidade:
, logo é não negativa, consistente.
Passo 4
Obter as pressões de equilíbrio numericamente:
Arredondando razoavelmente (3 algarismos significativos compatíveis com os dados):
Passo 5
Converter pressões em concentrações mol·L
usando a equação dos gases ideais:
- Fórmula:
. A concentração (molaridade) é . - Valores a usar:
- Calcular
:
- Então as concentrações são
. Para cada gás:
- Arredondando a 3 algarismos significativos: