— “O catalisador do reator de deslocamento gás-água não pode sair de 450 °C”, alertou a operadora ao revisar a…

Questão

— “O catalisador do reator de deslocamento gás-água não pode sair de 450 °C”, alertou a operadora ao revisar a produção de hidrogênio. No reator ocorre o equilíbrio: CO(g) + H2O(g) <-> CO2(g) + H2(g). Nessa temperatura, o valor de Kp é 1,6. Um analisador em linha estimou as pressões parciais no interior do reator (em atm): PCO = 0,32; PH2O = 0,18; PCO2 = 0,24; PH2 = 0,06; e PN2 = 0,20 (o N2 é inerte). Para misturas ideais, pode-se usar Qp = (PCO2*PH2)/(PCO*PH2O) para prever o sentido espontâneo até o equilíbrio. Como ajuste rápido, a equipe só consegue substituir 0,05 atm do N2 por 0,05 atm de um único componente, mantendo a pressão total em 1,00 atm. Analise os dados e identifique a substituição que mais favorece, nesse instante, a formação de H2, por tornar Qp o menor possível em relação a Kp.

1. A) Substituir 0,05 atm de N2 por 0,05 atm de CO2
2. B) Substituir 0,05 atm de N2 por 0,05 atm de H2
3. C) Substituir 0,05 atm de N2 por 0,05 atm de CO
4. D) Substituir 0,05 atm de N2 por 0,05 atm de H2O
5. E) Substituir 0,05 atm de N2 por 0,05 atm de Ar

✅ Resposta correta: alternativa D

Resolução passo a passo

1. Calcule o Qp inicial com as pressões do analisador. Qp = (PCO2 x PH2)/(PCO x PH2O) = (0,24 x 0,06)/(0,32 x 0,18) = 0,0144/0,0576 = 0,25. Como Qp (0,25) é menor que Kp (1,6), o sistema ainda não está em equilíbrio e a reação se desloca espontaneamente no sentido direto, formando H2 e CO2.
2. Interprete o pedido. Para favorecer a formação de H2 nesse instante, é preciso tornar Qp o menor possível, ou seja, afastá-lo ainda mais de Kp, o que aumenta o avanço do sentido direto. O N2 é inerte e não entra na expressão de Qp, então sua troca só altera Qp por meio do componente que entra no lugar. Para diminuir Qp, deve-se aumentar o denominador (PCO ou PH2O) ou diminuir o numerador (PCO2 ou PH2). Como a troca mantém a pressão total em 1,00 atm, basta comparar os quatro casos com 0,05 atm adicionados.
3. Calcule cada substituição. Em D (H2O), PH2O passa a 0,23: Qp = 0,0144/(0,32 x 0,23) = 0,0144/0,0736 = 0,196, o menor valor entre as opções. Em C (CO), PCO passa a 0,37: Qp = 0,0144/(0,37 x 0,18) = 0,216. Em A (CO2), PCO2 passa a 0,29: Qp = 0,0174/0,0576 = 0,302, que aumenta Qp. Em B (H2), PH2 passa a 0,11: Qp = 0,0264/0,0576 = 0,458, que aumenta Qp muito. Em E (Ar), a expressão não muda e Qp continua em 0,25.
4. Conclusão. A substituição por H2O é a que mais reduz Qp, deslocando o equilíbrio para a direita (de acordo com Le Chatelier, o aumento do reagente H2O favorece a formação de H2 e CO2). Assim, o gabarito D está correto. Por que as outras estão erradas: A aumenta o produto CO2 e desloca a reação para a esquerda; B aumenta o produto H2 e também desloca para a esquerda; C aumenta o reagente CO, mas em menor grau que a H2O; E é inerte e não altera Qp.

💡 Dica: Calcule Qp para cada substituição e compare com Kp para prever o sentido do equilíbrio.

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Raio-X da questão

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