PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão Q02 da 2ª fase da FUVEST 2009
A reforma do gás natural com vapor de água é um processo industrial de produção de hidrogênio, em que também se gera monóxido de carbono. O hidrogênio, por sua vez, pode ser usado na síntese de amônia, na qual reage com nitrogênio. Tanto a reforma do gás natural quanto a síntese da amônia são reações de equilíbrio. Na figura, são dados os valores das constantes desses equilíbrios em função dos valores da temperatura. A curva de K_1 refere-se à reforma do gás natural e a de K_2, à síntese da amônia. As constantes de equilíbrio estão expressas em termos de pressões parciais, em atm.

a) Escreva a equação química balanceada que representa a reforma do principal componente do gás natural com vapor de água.
b) Considere um experimento a 450\text{ }^\text{o}\text{C}, em que as pressões parciais de hidrogênio, monóxido de carbono, metano e água são, respectivamente, 0,30; 0,40; 1,00 e 9,00 atm. Nessas condições, o sistema está em equilíbrio químico? Justifique sua resposta por meio de cálculos e análise da figura.
c) A figura permite concluir que uma das reações é exotérmica e a outra, endotérmica. Qual é a reação exotérmica? Justifique sua resposta.
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Resolução comentada
a) O principal componente do gás natural é o metano, \ce{CH4}. Na reforma ele reage com vapor de água e produz \ce{H2} e \ce{CO}:
Equação balanceada: \ce{CH4 + H2O <=> CO + 3 H2}
b) Só a reforma está envolvida, pois as espécies dadas são \ce{H2}, \ce{CO}, \ce{CH4} e \ce{H2O}. Logo, o valor de comparação é K_1.
Para saber se há equilíbrio, calculo o quociente de reação Q com as pressões parciais dadas e comparo com K_1 a 450\ ^\circ\text{C}:
Na figura, usando a escala da direita (curva de K_1), a 450\ ^\circ\text{C} lê-se K_1\approx1{,}2\times10^{-3}\ \text{atm}^2.
Como Q=K_1, o sistema está em equilíbrio.
Resposta: sim, está em equilíbrio, pois Q=1{,}2\times10^{-3}\ \text{atm}^2\approx K_1 a 450\ ^\circ\text{C}.
c) Pelo princípio de Le Chatelier, aumentar a temperatura favorece a reação endotérmica, e a constante de equilíbrio dessa reação aumenta. Se K diminui com a temperatura, a reação direta é exotérmica.
- K_1 (reforma do metano) cresce com T, então essa reação é endotérmica.
- K_2 (síntese da amônia) decresce com T, então essa reação é exotérmica.
Resposta: a síntese da amônia é exotérmica, porque K_2 diminui quando a temperatura aumenta.
Assuntos: Deslocamento de equilíbrio (Le Chatelier), Reações exotérmicas e endotérmicas, Constante de equilíbrio (Kc e Kp).
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