Enunciado

Ar (composto por 21 % de O 2   e 79 % de N 2 ) é aquecido até 5.400   R a uma pressão de 1   a t m . Determine a composição de equilíbrio, considerando que apenas O 2 , N 2 , O e N O estão presentes. É razoável afirmar que nenhum N estará presente na mistura final de equilíbrio?

Passo 1

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

Temos que a equação da reação durante esse processo pode ser expressa como:

O 2 + 3,76 N 2   →   x N 2 + y N O + z O 2 + w O

Os balanços de massa para produção de hidrogênio e oxigênio são:

(1) Balanceamento de N : 7,52 = 2 x + y

(2) Balanceamento de O : 2 = y + 2 z + w

Passo 2

Os balanços de massa nos fornecem apenas duas equações com quatro incógnitas e, portanto, precisamos ter mais duas equações (que serão obtidas das relações K p ) para determinar a composição de equilíbrio da mistura.

Reação 1: 1 2 N 2 + 1 2 O 2   ⇌   N O

Reação 2: O 2   ⇌   2 O

A constante de equilíbrio para essas duas reações, a 5.400   R   o u   3 000   K , é determinada na Tabela A- 28 :

l n K p 1 = - 2,114 →   K p 1 = 0,12075

l n K p 2 = - 4,357   →   K p 2 = 0,01282

E as relações K p para essas duas reações simultâneas são:

K p 1 = 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 ) e K p 2 = N O v O N O 2 v O 2 P N t o t a l ( v O - v O 2 )

Onde N t o t a l = N N 2 + N N O + N O 2 + N O = x + y + z + w .

Então temos:

(3) 0,12075 = y x 0,5 z 0,5 1 x + y + z + w 1 - 0,5 - 0,5

(4) 0,01282 = w 2 z 1 x + y + z + w 2 - 1

Passo 3

Por fim, resolvemos as equações (1), (2), (3) e (4) simultaneamente para determinar as quatro incógnitas x, y, z, e w. Então encontramos:

x = 3,65 8                     y = 0 , 2048                     z = 0 , 7868                   w = 0 , 2216

Portanto, a composição de equilíbrio é:

3,658 N 2 +   0,2048 N O + 0,7868 O 2 + 0,2216 O

A constante de equilíbrio da reação N 2   ⇌   2 N a 5.400   R   é l n K p = - 22,359 , que é muito menor que os valores de K p das reações consideradas. Portanto, é razoável supor que nenhum N estará presente na mistura de equilíbrio.

Resposta

3,658 N 2 +   0,2048 N O + 0,7868 O 2 + 0,2216 O

É razoável supor que nenhum N estará presente na mistura de equilíbrio.

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