A reação química do ferro metálico com a água resultado como produtos finais o hidróxido de ferro e hidrogênio molecular. Para que essa reação aconteça é necessário elevar a temperatura até 127^circ C. Considerando que no equilíbrio tenha 0,18 gramas de água, 1,78 gramas de ferro, 2,31 gramas de Fe3 O4 e 2 gramas de H2. Determine o valor da constante Kc e Kp.
3 Fe3(s)+4 H2 O(g) rightarrow Fe3 O4(s)+4 H2(g)

Passo 1

Beleza, vamos resumir o que a questão tá pedindo. Temos uma reação química envolvendo ferro metálico e água que forma hidróxido de ferro e hidrogênio. Pra essa reação rolar, a temperatura precisa ser elevada até 127^circ C. No equilíbrio dessa reação, são dadas as massas de água, ferro, Fe₃O₄ e H₂. Nosso objetivo aqui é calcular as constantes de equilíbrio, tanto Kc quanto Kp. Para isso, vamos precisar entender de estequiometria, cálculos de mols e as relações entre as constantes de equilíbrio.

Passo 2

Primeiro, vamos converter as massas das substâncias para mols. Isso é importante porque as constantes de equilíbrio são geralmente expressas em termos de concentrações molares ou pressões parciais.
  • H₂O: Massa = 0,18 g
    Massa molar da água = 18,015 g/mol
    Mols de H₂O = 0,1818,015 approx 0,01 mol
  • Fe: Massa = 1,78 g
    Massa molar do ferro = 55,845 g/mol
    Mols de Fe = 1,7855,845 approx 0,032 mol
  • Fe₃O₄: Massa = 2,31 g
    Massa molar do Fe₃O₄ = 231,535 g/mol
    Mols de Fe₃O₄ = 2,31231,535 approx 0,01 mol
  • H₂: Massa = 2 g
    Massa molar do hidrogênio = 2,016 g/mol
    Mols de H₂ = 22,016 approx 0,992 mol

Passo 3

Agora que temos os mols, vamos escrever a expressão da constante de equilíbrio Kc para a reação dada:
Como os sólidos (Fe e Fe₃O₄) não participam da expressão da constante de equilíbrio, Kc será:
3 Fe(s) + 4 H2O(g) rightarrow Fe3O4(s) + 4 H2(g)

Passo 4

Vamos calcular as concentrações molares assumindo que o volume do sistema é 1 litro para facilitar os cálculos.
  • Concentração de H₂O:
    [H2O] = 0,01 mol1 L = 0,01 M
  • Concentração de H₂:
    [H2] = 0,992 mol1 L = 0,992 M
Agora, substituindo na expressão de Kc:
Kc = (0,992)^4(0,01)^4 = 0,9680,0001 = 9680

Passo 5

Para encontrar Kp, vamos usar a relação entre Kc e Kp, que depende da variação no número de mols gasosos na reação. A fórmula é:
Kp = Kc (RT)^De
Onde:
Como De, a expressão simplifica para:
Kp = Kc times (RT)^0 = Kc times 1 = 9680

Resposta

A constante de equilíbrio é Kc = 9680 e Kp = 9680.

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