Enunciado

Em um laboratório que estuda a extração do metal ferro de um minério, a seguinte reação ocorreu em 1270   K em um reator de volume 10,0   L : F e O s + C O g ⇌ F e s + C O 2 g . No equilíbrio, a pressão parcial de C O era 4,24   b a r e a do C O 2 , 1,71   b a r . A pressão do C O 2 foi reduzida até 0,62   b a r pela reação parcial com N a O H e o sistema atingiu novamente o equilíbrio. Qual a pressão parcial de cada gás quando o novo equilíbrio se estabeleceu?

Passo 1

Vamos começar escrevendo a reação para podermos calcular o K

F e O s + C O g ⇌ F e s + C O 2 g

Usaremos essa fórmula para calcular a constante de equilíbrio

K =   ( P C ) c ⋅ P D d P A a ⋅ P B b

Onde a , b , c e d são os coeficientes estequimétricos: a   A + b   B   ⇌ c   C + d   D

Temos:

K = P C O 2 P C O

K = 1,71 4,24

K = 0,403

Lembrando que substâncias líquidas ou sólidas não são consideradas para o cálculo do equilíbrio.

Passo 2

Vamos montar uma tabela de equilíbrio para determinar a pressão parcial de cada gás no equilíbrio com a pressão do C O que foi reduzida para 0,62   b a r .

Após um tempo, ocorre a mudança de composição ou seja a reação, onde uma certa quantidade x dos reagentes é convertida em produtos (lembre-se de considerar sempre a estequimetria).

Quando a reação entra em equilíbrio, existe uma quantidade de reagentes (pressão parcial inicial menos mudança na pressão parcial) e produtos (pressão parcial inicial mais pressão parcial final).

Agora temos que encontrar o valor de x para determinar as pressões parciais das substâncias no equilíbrio. Para isso usaremos a formula do K já mencionada no Passo 1.

Substituindo os valores na fórmula temos:

0,403 = 1,71 + x 0,62 - x

Passando o termo 0,62 - x para multiplicar 0,403 :

0,250 - 0,403   x = 1,71 x

Reorganizando para que todos os termos com incógnita fiquem do lado esquerdo e os que não possuem no lado direito, temos:

- 0,403   x - x = 1,71 - 0,250

Realizando as adições e subtrações:

0,597   x = 1,46

Isolando x

x = 1,46 0,597

Obtemos x = 2,44

Ao analisarmos os valores encontrados para x , vemos que x 2 pode ser descartado porque o valor encontrado é maior que aa concentrações iniciais dos reagentes.

Aplicando o valor encontrado de x 1 , na tabela de equilíbrio:

Resposta

P N 2 = 4,6145   b a r

P H 2 = 1,4435   b a r

P N H 3 = 28,851   b a r

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