Questão 8

IME 2015

Química

[IME- 2015/2016 - 2ª fase]

Em um reservatório de volume de 6,0 L, submetido a vácuo, introduz-se uma mistura física de 79,2 g de gelo seco, solidificado em pequenos pedaços, com 30 g de carvão mineral em pó, conforme a representação a seguir.

onde se observa que:

a fase gasosa tem comportamento de gás ideal;

o volume de carvão mineral final é desprezível;

a 1100 K a constante de equilíbrio da reação é Kp = 22;

a 1000 K a massa específica da fase gasosa no reservatório é igual a 14 g/L.

Com base nessas informações, calcule a constante de equilíbrio, Kp, da reação a 1000 K. Estabeleça se a reação entre o CO2(g) e o C(s) é exotérmica ou endotérmica, justificando sua resposta.

Gabarito:

Resolução:

Vamos calcular quanto de cada reagente temos:

$n_{CO_2}=frac{m_{CO_2}}{MM_{CO_2}}=frac{79,2}{44}=1,8;mol$

$n_{C}=frac{m_C}{MM_{C}}=frac{30}{12}=2,5;mol$

	CO₂	+ C $ightleftharpoons$	2CO
início (mol)	1,8	2,5	-
reage (mol)	-x	-x	2x
equilíbrio (mol)	1,8 - x	2,5 - x	2x
equilíbrio (massa)	44(1,8 - x)	12(2,5 - x)	28(2x)

Olhando para a fórmula da densidade temos a relação:

$d=frac{m}{V}$

$m=dcdot V$

$m=14cdot 6=84g$

Sendo a massa da fase gasosa a soma da massa dos gases presentes (CO₂ e CO), podemos dizer que:

$m=m_{CO_2}+m_{CO}=84g$

Substituindo os valores da tabela:

$44cdot (1,8-x)+28cdot 2x=84g$

$79,2-44x+56x=84g$

$12x=84-79,2$

$12x=4,8$

$x=frac{4,8}{12}$

$x=0,4$

Dessa forma temos:

	CO₂	+ C $ightleftharpoons$	2CO
equilíbrio (mol)	1,8 - 0,4 = 1,4	2,5 - 0,4 = 2,1	0,8

Podemos então calcular a concentração em mol por litro:

$[CO_2]=frac{n_{CO_2}}{V}=frac{1,4}{6}=0,2334$

$[CO]=frac{n_{CO}}{V}=frac{0,8}{6}=0,1334$

Sabendo as concentrações podemos calcular Kp:

$K_p=frac{[CO]^2}{[CO_2]}cdot (Rcdot T)^1$

$K_p=frac{1,334^2}{2,334}cdot (0,082cdot 1000)^1$

$K_papprox 6,25$

A diminuição de temperatura (de 1100K para 1000K) também diminuiu a constante, o que implica que a reação foi desfavorecida, portanto a reação é endotérmica.

Questão 8

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