Físico-Química ⇒ (OQRJ-2010) Equilíbrio Químico Tópico resolvido

[Ósmio]

Para a geração do nitrato na indústria, a amônia produzida através do processo Haber-Bosch é convertida em ácido nítrico por meio do processo Ostwald. Este envolve as seguintes reações:

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Em um reator de 10,0 L a 1173 K foram adicionados 0,200 mol de NH3, 0,100 mol de NO2 e 0,200 mol de O2. O gráfico abaixo apresenta o perfil temporal da quantidade de O2, em mol, nesta síntese.

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(a) Calcule a pressão do sistema no equilíbrio em uma temperatura de 1173 K. Considere que os gases têm comportamento ideal nesta temperatura.

(b) Calcule o Kc para o equilíbrio global a 1173 K.

(c) Calcule o Kc para o equilíbrio global a 1300 K e responda se há formação de HNO3 nesta temperatura.

(d) Explique o efeito do aumento da pressão através da adição de um gás inerte (N2) no equilíbrio global.

Resposta

---

a)4,57 atm
b) K = 2747
d) Não se altera o equilíbrio já que as pressões parciais serão as mesmas devido ao volume ser constante. Assim, a pressão total do sistema aumentará, mas o equilíbrio não será deslocado.

[MateusQqMDMOD]

E aí, Ósmio.

Vamos atacar essa!

Somando-se membro a membro as equações dadas, temos

[tex3]4\text{NH}_{3\text{(g)}} + \text{NO}_{2\text{(g)}} + 6\text{O}_{\text{2(g)}} \,\,\,\rightleftharpoons \,\,\, 2\text{HNO}_\text{3(g)} + 3\text{NO}_{\text{(g)}} + 5 \text{H}_2\text{O}_\text{(g)}[/tex3]

Montando o quadro de equilíbrio:

[tex3]\begin{array}{ccccccc}
⠀& 4\text{NH}_{3\text{(g)}} & + \text{NO}_{2\text{(g)}} + & 6\text{O}_{\text{2(g)}} \,\,\, \rightleftharpoons \,\,\, & 2\text{HNO}_\text{3(g)} + & 3\text{NO}_{\text{(g)}} + & 5 \text{H}_2\text{O}_\text{(g)} \\
\text{Início } & 0,2 & 0,1 & 0,2 & 0 & 0 & 0 \\
\text{ Reage e forma }& 0,1 & 0,025 & 0,15 & 0,05 & 0,075 & 0,125\\
\text{ Equilíbrio }& 0,1 & 0,075 & 0,05 & 0,05 & 0,075 & 0,125

\end{array} \\⠀\\

\text{nº de mols total} = 0,1 + 0,075 + 0,05 + 0,05 + 0,075 + 0,125= 0,475[/tex3]

O quadro de equilíbrio foi montado a partir das quantidades de O2 fornecidas no gráfico por proporção estequiométrica.

a) Por Clapeyron, vem

[tex3]pv = nrt \,\,\,\, \Rightarrow \,\,\,\, p \cdot 10 = 0,475 \cdot 0,082 \cdot 1173[/tex3]

[tex3]\therefore \,\,\, p \approx 4,57 \, \text{atm}.[/tex3]

b) Sabemos que [tex3]\text{K}_c = \frac{ [\text{HNO}_\text{3}]^2 [\text{NO}]^3 [\text{H}_2\text{O}]^5}{[\text{NH}_{3}]^4[\text{NO}_{2}] [\text{O}_{\text{2}} ]^6},[/tex3] então

[tex3]\begin{aligned}\text{K}_c & = \frac{ \(0,05/10\)^2 \(0,075/10\)^3 \(0,125/10\)^5}{(0,1/10)^4 (0,075/10) ( 0,05/10)^6} \\ & = 2747 \, \text{(mol/L)}^{-1}\end{aligned}[/tex3]

c) Eu não vou resolver esse item. Mas a ideia é você usar a equação de van't Hoff:

[tex3]\ln \frac{\text{K}_2}{\text{K}_1} = \frac{ \Delta H_r^{\circ} }{R} \( \frac{1}{T_1} - \frac{1}{T_2} \).[/tex3]

Nesta expressão, [tex3]\text{K}_1[/tex3] é a constante de equilíbrio quando a temperatura é [tex3]T_1,[/tex3] e [tex3]\text{K}_2[/tex3] é a constante de equilíbrio quando a temperatura é [tex3]\text{K}_2.[/tex3] Daí você calcula a entalpia de reação com os dados fornecidos e acaba o item.

d) É isso mesmo que já está na resposta. Gases inerte não reagem com os gases participantes do equilíbrio e, portanto, não modifica a pressão parcial destes, de maneira que o equilíbrio não é afetado.

[Ósmio]

Vlw Mateus,

Essa questão eu dei uma viajada legal na hora de somar as equações e coloquei a eq. global em função apenas de HNO3, O2, NO2 e NH3 e estava dando errado. A c) é bem tranquila o problema foi mesmo nessa parte de estabelecer o equilíbrio global que eu errei completamente.