Enunciado

O volume do recipiente usado na reação do Exercício 10.83 foi expandido até 20,0 L e o equilíbrio foi restabelecido. (a) Sem fazer cálculos, prediga se a concentração de equilíbrio do H2 aumentou ou diminuiu. (b) Calcule as novas concentrações de equilíbrio e avalie sua predição. (c) Para levar ao máximo a produção de H2, a reação deve ser feita em pressões baixas ou altas? Em temperatura mais baixa ou mais altas? Justifique suas respostas.

Passo 1

Observando a questão 10.83 podemos ver que a equação da reação:

C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g)

Analisando a reação podemos estimar o que ocorrerá com o aumento de volume se pensarmos em como o sistema faz para voltar para o equilíbrio.

O aumento de volume do recipiente nada mais é que a diminuição da pressão no recipiente, pois com um espaço maior as moléculas ficam mais livres e assim o volume diminui. Quando á variação da pressão o sistema tende a compensar o desequilíbrio deslocando para os um dos lados. No caso da diminuição da pressão, o sistema desloca para o lado que tem a maior quantidade de números de mols.

Como não consideramos os sólidos na constante de equilíbrio, o lado dos produtos tem um número de mols maior que o dos reagentes.

Desse modo, com a diminuição da pressão o sistema tende a se deslocar para o lado dos produtos.

Passo 2

Agora que já previmos teoricamente o que acontece, vamos calcular as concentrações com essa alteração no equilíbrio:

K = p r o d u t o s [ r e a g e n t e s ]

K = C O H 2   C

Como no exercício 10.83 achamos o valor de K, podemos usá-lo aqui:

0,403 = C O H 2   C

0,403 = [ x 20 ] 2 0,0347 - x / 20

0,001398 - 0,002015 x = x 2 400

0,5592 - 0,860 x = x 2

x = - 0,860 ± ( 0,860 2 - 4 - 0,5592 1 2

x = 0,4326   m o l / L

Como concluímos, o valor de x aumentou, ou seja, a concentração de H2 aumentou com o aumento do volume.

Passo 3

Para obtermos o máximo de H2, no caso, o máximo de produtos, temos que provocar alterações no sistema que o desloque para o sentido dos produtos.

Como vimos, a diminuição da pressão nessa reação leva o sistema a deslocar para o lado que tem o maior número de mols, que no caso é o lado onde o H2 está. Portanto a diminuição da pressão leva maximização da produção de H2.

Outro ponto que pode ser variado nessa reação é a temperatura. A diminuição da temperatura favorece reações exotérmicas enquanto o aumento favorece as reações endotérmicas. Como a reação da grafita com água é endotérmica, o aumento da temperatura favorecerá a reação, o que quer dizer que o sistema é deslocado no sentido dos produtos.

Resposta

  1. Aumentou
  2. 0,4326 m/L
  3. Diminuir a pressão e aumentar a temperatura.
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