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Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 16.Problemas - Ex. 30

Ar (composto por 79 % de N 2 e 21 % de O 2 ) é aquecido a 2.000   K a uma pressão constante de 2   a t m . Considerando que a mistura de equilíbrio consiste em N 2 , O 2 e N O , determine a composição de equilíbrio nesse estado. É razoável afirmar que nenhum oxigênio ou nitrogênio monatômico estará presente na mistura de equilíbrio? A composição de equilíbrio mudará caso a pressão seja dobrada a uma temperatura constante?

Passo 1

Olá, tudo bem? Nesse problema precisamos determinar a composição de equilíbrio, para a temperatura e pressão dada.

Temos que as reações estequiométricas e reais neste caso são:

1. Estequiométrica: 1 2 N 2 + 1 2 O 2 ⇌ N O , onde ν N O = 1 ,     ν N 2 = 1 2   e     ν O 2 = 1 2  

2. Real: 3 , 76 N 2 + O 2 → x N O ⏟ p r o d . + y N 2 + z O 2 ⏟ r e a g .

Passo 2

Agora precisamos de relações de balanceamento da reação:

Balanceamento de N : 7,52 = x + 2 y → y = 3 , 76 - 0,5 x

Balanceamento de O : 2 = x + 2 z → z = 1 - 0,5 x

logo, N t o t a l = x + y + z + = x + 4 , 7 6 - x = 4,76

Passo 3

Com os dados do passo anterior podemos relacionar com a constante de equilíbrio:

K p = N N O v N O N N 2 v N 2 N O 2 v O 2 P N t o t a l ( v N O - v N 2 - v O 2 )

Onde, a 2 000   K (de acordo com a Tabela A- 28 ), l n K p = - 3 , 93 1 . Logo K p = 0 , 01962 .

Com isso fazemos:

0,01962 = x 3,76 - 0,5 x 0,5 1 - 0,5 0,5 2 4,76 ( 1 - 1 )

x = 0 , 0376

Então, y = 3.76 - 0.5 x = 3 , 7412 e z = 1 - 0.5 x = 0 , 9812

Finalmente, a composição de equilíbrio da mistura a 2000   K e 2   a t m é:

0 , 0376 N O   +   3 , 7412 N 2   +   0 , 9812 O 2

A constante de equilíbrio para as reações O 2 ⇌ 2 O ( l n K p = - 14,622 ) e N 2 ⇌ 2 N ( l n K p = - 41,645 ) é muito menor que a reação especificada ( l n K p = - 3,931 ).

Portanto, é razoável supor que nenhum oxigênio ou nitrogênio monatômico estará presente na mistura de equilíbrio.

Além disso, a composição de equilíbrio é, nesse caso, independente da pressão, pois Δ ν = 1 - 0,5 - 0,5 = 0 .

Resposta

0 , 0376 N O   +   3 , 7412 N 2   +   0 , 9812 O 2

É razoável supor que nenhum oxigênio ou nitrogênio monatômico estará presente na mistura de equilíbrio. Além disso, a composição de equilíbrio é, nesse caso, independente da pressão, pois Δ ν = 1 - 0,5 - 0,5 = 0 .

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