PAU Química 2013 · Setembre · Sèrie 1 · Exercici 6

6. Un químic d’una empresa del sector energètic estudia la conversió del metà en altres com- bustibles, concretament la reacció del metà amb vapor d’aigua per a formar hidrogen: CH4(g) + H2O(g) ⇆ CO(g) + 3 H2(g) Kc (a 1 200 K) = 0,26 ΔH > 0 El químic està interessat a optimitzar la concentració d’hidrogen quan s’assoleix l’estat d’equilibri. Inicialment injecta de manera simultània 0,80 mol de cada gas (CH4, H2O, CO i H2) en un reactor de 2,0 L que es manté a 1 200 K. a) Justifiqueu, mitjançant els càlculs necessaris, en quina direcció avançarà la reacció per assolir l’equilibri. [1 punt] b) Un cop assolit l’equilibri, i per a millorar el rendiment de la reacció, l’investigador pot modificar el volum o la temperatura del reactor. Li convé augmentar o disminuir el volum? Li convé augmentar o disminuir la temperatura? Expliqueu raonadament les respostes. [1 punt]

a) Reacció: CH4 (g) + H2O(g) ' CO (g) + 3 H2 (g) Kc = 0,26 Expressió de la constant d’equilibri: Kc = ([CO] · [H2]3) / ([CH4] · [H2O]) [0,2 p] Calculem les concentracions inicials de cada compost (moment de la injecció): V = 2 L n (metà) = n (aigua) = n (CO) = n (hidrogen) = 0,8 mols [CH4] = [H2O] = [CO] = [H2] = 0,8 / 2 = 0,4 M [0,2 p] Calculem el valor de Q (mateixa expressió que la Kc, però substituint les concentracions en equilibri per les inicials): Q = [(0,4) · (0,4)3] / [(0,4)·(0,4)] ⇒ Q = 0,16 [0,2 p] Comparem la Q amb la Kc: Q < Kc • La reacció no està en equilibri (Q ≠ Kc) • La reacció avançarà cap a la dreta, augmentant la concentració dels productes (CO i H2), i disminuint la concentració dels reactius (CH4 i aigua) per augmentar el valor de la Q, fins que s’iguali amb el valor de la Kc i s’arribi a l’equilibri. [0,4 p] b) Si volem millorar el rendiment de la reacció vol dir que ens interessa fabricar el màxim de productes, és a dir, desplaçar la reacció cap a la dreta. [0 […]