Atividade Constante de Equilibrio Resolvida 2023 1

Questão 01 – Cálculo de constantes de equilíbrio/Relação de K com a composição/Conversões de equilíbrio em reações isoladas – Fase gasosa Para a reação química descrita pela equação abaixo: 4 HCl (g) + O₂ (g) → 2 H₂O (g) + 2 Cl₂ (g) Calcule o valor da constante de equilíbrio da reação em fase gasosa a 760 K e 3 bar. Após o cálculo da constante estime a conversão máxima do ácido clorídrico em cloro por meio da reação com oxigênio, para um estado inicial onde estão presentes 4 mol de ácido clorídrico e 2 mol de oxigênio. Explicite clara e objetivamente as hipóteses simplificadoras que levam a definição de quais equações devem ser utilizadas. Questão 02 - Cálculo de constantes de equilíbrio/Relação de K com a composição/Conversões de equilíbrio em reações isoladas – Fase líquida Ácido acético é esterificado na fase líquida com metanol a 80 °C e na pressão de 1,01 bar, para produzir acetato de metila e água na mistura reacional no equilíbrio. Considerando que, inicialmente, há 3 mol de ácido acético e 2 mol de metanol, estime a fração molar de acetato de metila na mistura reacional no equilíbrio. Considere para o acetato de metila os seguintes valores ΔH⁰f,298 = -445,9 kJ mol⁻¹ e ΔG⁰f,298 = -305,65 kJ mol⁻¹ CH₃COOH (liq) + CH₃OH (liq) → CH₃COOCH₃ (liq) + H₂O (liq) Explicite clara e objetivamente as hipóteses simplificadoras que levam a definição de quais equações devem ser utilizadas. ∆𝐺 = −𝑅𝑇 𝑚𝐾 Esclarecimento de notação: 𝑛𝐴 ≡ (𝐴) ≠ 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑙𝑠 𝑑𝑒 𝐴 , [ 𝐴 ] ≡ 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎çã𝑜 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑒 𝐴 QUESTÃO 1 𝑇 = 760 𝐾 𝑃 = 3 𝑏𝑎𝑟 (𝐻𝐶𝑙)0 = 4 𝑚𝑜𝑙 (𝑂2)0 = 2 𝑚𝑜𝑙 4 𝐻𝐶𝑙 + 𝑂2 → 2 𝐻2𝑂 + 2 𝐶𝑙2 (kJ 𝑚𝑜𝑙−1) 2 𝐻2 + 𝑂2 → 2 𝐻2𝑂 2 ∆𝐺F 0 = 2 . (−223,61) 4 𝐻𝐶𝑙 → 2 𝐻2 + 2 𝐶𝑙2 − 2 ∆𝐺F 0 = −2 . (− 95,30) 4 𝐻𝐶𝑙 + 𝑂2 → 2 𝐻2𝑂 + 2 𝐶𝑙2 ∆𝐺F 0 = −266,62 (𝐻𝐶𝑙)0 (𝑂2)0 0 0 𝐾 = 𝑒 −∆𝐺 𝑅𝑇 ⁄ = 2,11 . 1018 (𝐻𝐶𝑙)0 − 4𝑥 (𝑂2)0 − 𝑥 2𝑥 2𝑥 𝐾 = [𝐶𝑙2]2 [𝐻2𝑂]2 [𝐻𝐶𝑙]4 [𝑂2] = 𝑉 (𝐶𝑙2)2 (𝐻2𝑂)2 (𝐻𝐶𝑙)4 (𝑂2) = 𝑉 16𝑥4 ((𝐻𝐶𝑙)0 − 4𝑥)4((𝑂2)0 − 𝑥) 𝐾(4 − 4𝑥)4 = 16 𝑉𝑥4 𝑉 = 𝑥𝑅𝑇 𝑃 = 0,126 𝑚3 Como K >> 0, (4 – 4x)4 (2 – x) ≈ 0 para que a equação seja verdadeira, logo x ≈ { 1, 2 } porém x ≈ 2 não é solução física, pois (HCl)0 – 4 . 2 < 0 ∴ x ≈ 1 é a solução buscada. Conversão r : 𝑟 = 1 − (𝐻𝐶𝑙)0 − 4𝑥 (𝐻𝐶𝑙)0 = 4𝑥 (𝐻𝐶𝑙)0 ≈ 4 . 1 4 ≈ 1 = 100% Aproximadamente 100% do HCl é convertido em Cl2 QUESTÃO 2 T = 80 °C P = 1,01 bar (HAc)0 = 3 mol (Me OH)0 = 2 mol MeAc : ∆𝐻𝐹 0 = −445,9 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙−1 , ∆𝐺𝐹 0 = −305,65 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙−1 𝐻𝐴𝑐 + 𝑀𝑒 𝑂𝐻 → 𝑀𝑒 𝐴𝑐 + 𝐻2𝑂 (𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙−1) 𝐻2 + 1 2 ⁄ 𝑂2 → 𝐻2𝑂 ∆𝐺𝐹 0 = −237,14 𝑀𝑒 𝑂𝐻 → 𝐶 + 2𝐻2 + 1 2 ⁄ 𝑂2 − ∆𝐺𝐹 0 = 166,6 𝐻𝐴𝑐 → 2𝐶 + 2𝐻2 + 𝑂2 − ∆𝐺𝐹 0 = 389,9 3𝑐 + 3𝐻2 + 𝑂2 → 𝑀𝑒 𝐴𝑐 ∆𝐺𝐹 0 = −305,65 𝐻𝐴𝑐 + 𝑀𝑒 𝑂𝐻 → 𝑀𝑒 𝐴𝑐 + 𝐻2𝑂 ∆𝐺𝐹 = 13,71 (𝐻𝐴𝑐)0 (𝑀𝑒 𝑂𝐻)0 → 0 0 (𝐻𝐴𝑐)0 − 𝑥 (𝑀𝑒 𝑂𝐻)0 − 𝑥 → 𝑥 𝑥 𝐾 = [𝑀𝑒𝐴𝑐] [𝐻2𝑂] [𝐻𝐴] [𝑀𝑒𝑂𝐻] = (𝑀𝑒𝐴𝑐) (𝐻2𝑂) (𝐻𝐴) (𝑀𝑒𝑂𝐻) = 𝑥 𝑥 ((𝐻𝐴𝑐)0 − 𝑥)((𝑀𝑒𝑂𝐻)0 − 𝑥) = 9,38 . 10−3 (𝐻𝐴𝑐)0 (𝑀𝑒𝑂𝐻)0 ⏞ 𝐶 − (𝐻𝐴𝑐)0 + (𝑀𝑒𝑂𝐻)0 ⏞ 𝐵 𝑥 + 𝑥2 = 𝑥2 𝐾 ⁄ (1 − 1 𝐾) 𝑥2 − 𝐵𝑥 + 𝐶 = 0 𝐵 = 5, 𝐶 = 6 𝑥 = {−0,2632 ⏟ 𝑁Ã𝑂 𝐹Í𝑆𝐼𝐶𝐴 ; 0,2159 } 𝑚𝑜𝑙 𝑛𝑇 = (𝐻𝐴𝑐)0 − 𝑥 + (𝑀𝑒𝑂𝐻)0 − 𝑥 + 𝑥 + 𝑥 = (𝐻𝐴𝑐)0 + (𝑀𝑒𝑂𝐻)0 = 5 𝑚𝑜𝑙 𝑋𝑀𝑒𝐴𝑐 = (𝑀𝑒𝐴𝑐) 𝑛𝑇 = 𝑥 𝑛𝑇 = 0,2159 5 = 0,0432