Uma mistura de 0,2000 mol de CO2, 0,1000 mol de H2 e 0,1600 mol de H2 O é colocada em um recipiente de 2,00 L. O seguinte equilíbrio a 500 K :
CO2(g)+H2(g) <=ftharpoons CO(g)+H2 O(g)
No equilíbrio PH2 O=3,51 atm. Calcule as pressões parciais de CO2, H2 e CO. Calcule a Keq para a reação.

Passo 1

Beleza, vamos começar resumindo o que a questão está pedindo! Temos uma mistura de gases contendo dióxido de carbono ( CO2), hidrogênio ( H2) e água ( H2O) dentro de um recipiente de 2,00 L. A reação em equilíbrio a 500 K é:
CO2(g) + H2(g) <=ftharpoons CO(g) + H2 O(g)
No equilíbrio, a pressão parcial da água ( H2O) é 3,51 atm. O que precisamos encontrar são:
  1. As pressões parciais de CO2, H2 e CO no equilíbrio.
  2. A constante de equilíbrio ( Keq) para essa reação.
Para resolver isso, vamos usar conceitos de pressão parcial, leis dos gases e o princípio do equilíbrio químico. Vamos passo a passo!

Passo 2

Primeiro, vamos calcular as pressões parciais iniciais de cada gás usando a fórmula da pressão parcial:
P = nRTV
Onde:
  • P é a pressão parcial,
  • n é a quantidade de mols,
  • R é a constante dos gases ( 0,0821 L,atm,mol^-1,K^-1),
  • T é a temperatura ( 500 K),
  • V é o volume ( 2,00 L).
Vamos calcular para cada gás:
Para CO2:
PCO2 = 0,2000 times 0,0821 times 5002,00 = 8,212 = 4,105 atm
Para H2:
PH2 = 0,1000 times 0,0821 times 5002,00 = 4,1052 = 2,0525 atm
Para H2O:
PH2O = 0,1600 times 0,0821 times 5002,00 = 6,5682 = 3,284 atm
Mas atenção! A água ( H2O) já está no equilíbrio com pressão parcial 3,51 atm, então vamos ajustar isso no próximo passo.

Passo 3

Agora, vamos montar uma tabela de variações para acompanhar o que acontece durante a reação de equilíbrio. A tabela ajuda a visualizar como as pressões parciais vão mudar.
Gás Inicial (atm) Variação (atm) Equilíbrio (atm)
CO2 4,105 -x 4,105 - x
H2 2,0525 -x 2,0525 - x
CO 0 +x 0 + x = x
H2O 3,284 +x 3,284 + x
Aqui, x representa a mudança na pressão parcial devido à reação que ocorre para atingir o equilíbrio.

Passo 4

Sabemos que no equilíbrio, a pressão parcial da água é 3,51 atm. Vamos usar isso para encontrar o valor de x.
De acordo com a tabela:
PH2O = 3,284 + x = 3,51 atm
Resolvendo para x:
x = 3,51 - 3,284 = 0,226 atm
Então, x = 0,226 atm.

Passo 5

Agora que sabemos o valor de x, podemos calcular as pressões parciais de todos os gases no equilíbrio usando a tabela de variações.
Para CO2:
PCO2 = 4,105 - 0,226 = 3,879 atm
Para H2:
PH2 = 2,0525 - 0,226 = 1,8265 atm
Para CO:
PCO = 0 + 0,226 = 0,226 atm
Portanto, as pressões parciais no equilíbrio são aproximadamente:
  • CO2: 3,88 atm
  • H2: 1,83 atm
  • CO: 0,226 atm

Passo 6

Finalmente, vamos calcular a constante de equilíbrio ( Keq) para a reação dada. A expressão de Keq para a reação:
CO2(g) + H2(g) <=ftharpoons CO(g) + H2 O(g)
é:
Keq = PCO times PH2OPCO2 times PH2
Substituindo as pressões parciais que calculamos:
Keq = 0,226 times 3,513,879 times 1,83
Vamos resolver:
Keq = 0,793267,09557 approx 0,112

Resposta

As pressões parciais no equilíbrio são:
  • CO2: 3,88 atm
  • H2: 1,83 atm
  • CO: 0,226 atm
A constante de equilíbrio para a reação é Keq approx 0,112.

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