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Enunciado

Química - Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente - 5ª Edição - Peter Atkins, Loretta Jones e Leroy Laverman- Ed: 5º - Capítulo 10.1 - Ex. 116

Para gerar o material inicial para um polímero usando garrafas de água, remove-se hidrogênio do etano produzido a partir do gás natural para obter eteno na reação catalisada C 2 H 6 g ⇌ H 2 g + C 2 H 4 ( g ) . Use as informações do a Apêndice 2A para calcular a constante de equilíbrio da reação em 298   K . (a) Se a reação começa com a adição do catalisador a um balão contendo C 2 H 6 em 10.0   b a r , qual será a pressão parcial de C 2 H 4 no equilíbrio? (b) Identifique três procedimentos que o fabricante pode utilizar para aumentar o rendimento do produto.

Passo 1

  1. Escrevendo a reação do equilíbrio:

C 2 H 6 g ⇌ H 2 g + C 2 H 4 ( g ) D a d o s :

Δ G f 0 C 2 H 6 = - 32,82 ⋅ m o l - 1 Δ G f 0 H 2 = - 32,82 ⋅ m o l - 1 Δ G f 0 C 2 H 4 = + 68,15 ⋅ m o l - 1

Passo 2

Calculando a energia livre de Gibbs: Δ G r 0 = 1   m o l   d e   H 2 g × Δ G f , H 2 0 + 1   m o l   d e   C 2 H 4 G × Δ G f , C 2 H 4 0 - [ 1 m o l   C 2 H 6 × Δ G f , C 2 H 6 0

Δ G r 0 = 1   m o l   d e   H 2 G × 0 + 1   m o l   d e   C 2 H 4 g × 68,15 - [ 1 m o l   C 2 H 6 × - 32,82 ]

Δ G r 0 = 100,97   k J ⋅ m o l - 1

Passo 3

Sabemos que a expressão que relaciona a energia livre de Gibbs padrão e a constante de equilíbrio é:

Δ G 0 = - R T l n K Isolando a constante K:

K = e - Δ G r 0 R T

Dados

T = 298   K Δ G r 0 = 100,97   k J ⋅ m o l - 1 R = 8,314   J ⋅ m o l - 1 K - 1

Substituindo:

K = e - 100,97 × 10 3 8,314 × 298 = 2,00 × 10 - 18

Passo 4

Montando a tabela do equilíbrio:

K = P H 2 P C 2 H 4 P C 2 H 6 2,00 × 10 - 18 = x × x 10 - x

Como o valor de K   é   m u i t o   p e q u e n o   10 ≫ x   e   ( 10 - x ) ≈ 10

Passo 5

Resolvendo a equação do 2º grau:

2,00 × 10 - 18 = x 2 10 x 2 = 2,00 × 10 - 17 x = 2,00 × 10 - 17 x = 4,47 × 10 - 9      

Passo 6

Calculando as pressões no equilíbrio:

P C 2 H 6 = 10 - x = 10 - 4,47 × 10 - 9   b a r P H 2 = x = 4,47 × 10 - 9 b a r P C 2 H 4 = 4,47 × 10 - 9   b a r  

Passo 7

(b) A adição de um reagente e remoção de produtos diminui o valor do quociente reacional, abaixo do valor de K. Pelo princípio de Le Chatelier, para retomar o equilíbrio, a perturbação desloca o equilíbrio em direção à formação dos produtos. Para o exercício, a reação produz 2 mols de produtos gasosos para cara 1 mol de reagente gasoso consumido. Portanto, a diminuição da pressão total (resultado da expansão), desloca o equilíbrio em direção a formação de produtos para aumentar a pressão. Ao aumentar a temperatura, mais calor é adicionado a mistura. Na tentativa de retomar o equilíbrio, a reação endotérmica é favorecida. O valor de Δ G r 0 = 100,97   k J ⋅ m o l - 1 revela que a reação é endotérmica e o calor é consumido no sentido direto da reação. Logo, para a reação, o aumento da temperatura favorece a reação direta e o equilíbrio se desloca para formar os produtos.

Três medidas podem ser tomadas para aumentar o rendimento:

  1. Adicionar reagente e remover produtos da mistura
  2. Aumentar o volume do recipiente
  3. Aumentar a temperatura

Resposta

a ) P C 2 H 4 = 4,47 × 10 - 9   b a r b )   A d i c i o n a r   r e a g e n t e   e   r e m o v e r   p r o d u t o s   d a   m i s t u r a , a u m e n t a r   o   v o l u m e   d o   r e c i p i e n t e   o u   a u m e n t a r   a   t e m p e r a t u r a

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Gere a expressão do produto de solubilidade para(a) C u I .(b) P b C l F .(c) P b I 2 .(d) B i I 3 .(e) M g N H 4 P O 4 .
Escreva as expressões das constantes de equilíbrio e obtenha os valores numéricos para cada constante paraa dissociação básica do N a C N .
Calcule a constante do produto de solubilidade para cada uma das seguintes substâncias, dadas as concentrações molares de suas soluções saturadas: C u S e O 3 ( 1,42 ∙ 10 - 4m o lL - 1 ). P b ( I O 3
Os produtos de solubilidade de uma série de iodetos sãoListe esses quatro compostos em ordem decrescente de sua solubilidade molar em N a I0,10m o lL - 1 .
Os produtos de solubilidade de uma série de iodetos sãoListe esses quatro compostos em ordem decrescente de sua solubilidade molar emsolução 0,010m o lL - 1 do cátion do soluto.