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. 84
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:
Como no exercício 10.83 achamos o valor de K, podemos usá-lo aqui:
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
- Aumentou
- 0,4326 m/L
- Diminuir a pressão e aumentar a temperatura.