Calcule a composição de equilíbrio da mistura das seguintes espécies.
.
A mistura está a e . A única reação que está ocorrendo é:

Pode-se desprezar o efeito de no .
Dados:
16,282
12,496
:— :— :— :—

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente precisa calcular a composição de equilíbrio de uma mistura de gases que envolve nitrogênio (N₂), vapor d’água (H₂O), e eteno (C₂H₄). A reação que tá acontecendo é:
Estamos trabalhando a 373 K e 1 atm. Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de equilíbrio químico e a constante de equilíbrio ( ) que relaciona as concentrações dos reagentes e produtos na reação. Vamos também precisar calcular as energias livres de Gibbs para encontrar .

Passo 2

Primeiro, vamos definir as quantidades iniciais das espécies na mistura. A composição inicial é:
  • N₂: 15%
  • H₂O: 60%
  • C₂H₄: 25%
  • C₂H₅OH: 0% (pois inicialmente não tem)
Vamos assumir que temos 100 mol de mistura total para facilitar os cálculos:

Passo 3

Agora, vamos considerar que uma certa quantidade de H₂O e C₂H₄ reage para formar C₂H₅OH. Então, no equilíbrio teremos:

Passo 4

A gente precisa encontrar a constante de equilíbrio ( ) para a reação. A constante de equilíbrio para gases é dada por:
Para encontrar , vamos usar as energias livres de Gibbs fornecidas. A variação da energia livre padrão ( ) da reação é:
Convertendo para joules (1 kcal = 4184 J):

Passo 5

A relação entre e é dada por:
Onde:
Rearranjando para :
Calculando:

Passo 6

Agora, usamos a expressão de para encontrar :
Multiplicando tudo:
Expandindo e reorganizando:

Passo 7

Resolvemos a equação quadrática usando a fórmula de Bhaskara:
Calculando o discriminante:
Então:
Considerando a solução física (positivo para ):

Passo 8

Verificamos se esse valor faz sentido. Se mol, então:

Resposta

A composição de equilíbrio da mistura é:

Exercícios relacionados

A reação abaixo ocorre em fase gasosa.
. A alimentação consiste de mol de amônia em ar a e .
Expresse Pi e Ci para todas as espécies como função da conversão para um reator a volume constante. Expresse como função de .
A reação abaixo ocorre em fase gasosa.
. A alimentação consiste de mol de amônia em ar a e .
Expresse Pi e Ci para todas as espécies como função da conversão para um reator a pressão constante operando isotermicamente. Expresse volume como função de X.
A reação em fase líquida Produtos
foi estudada a , tendo sido obtidos os seguintes resultados:
Ensaio (mol/L.min)
1 0,1 10,0 10,0 25,0
2 0,2 10,0 10,0 50,0
3 0,2 20,0 10,0 50,0
4 0,2 10,0 20,0 100,0
5 0,2 0,2 0,2 1,0
Determine as ordens parciais e global a reação, bem como a constante de velocidade na temperatura da reação.
Com o objetivo de se estudar o decaimento fotoquímico do bromo aquoso na luz solar, uma pequena quantidade de bromo líquido foi dissolvido em água contida em uma bateria de jarros de vidro, e colocada diretamente na luz do sol. Os seguintes dados foram obtidos a .
(min) 10 20 30 40 50 60
ppm Br
Determine a velocidade da reação para ordem zero, primeira ou segunda ordem, e calcule a constante da velocidade da reação na unidade de sua escolha.