PAU Química 2021 · Setembre · Sèrie 1 · Exercici 2

2. El 14 de gener de 2020 es va produir una gran explosió en una indústria de Tarragona dedicada a la fabricació d’òxid d’etilè. Aquest producte químic s’obté a partir de l’oxida­ ció de l’etilè amb un excés d’oxigen, emprant plata com a catalitzador, segons l’equació química següent: 2 C2H4(g) + O2(g)   ⇄ 2   C2H4O(g)  ∆H° (a 298 K) = –210 kJ Ag(s) a) En un reactor d’1,00 L, i a la temperatura de 298 K, aconseguim obtenir 0,51 mol d’òxid d’etilè fent reaccionar 2,5 mol d’etilè i 1,0 mol d’oxigen en presència de plata. Determineu el valor de la constant d’equilibri en concentracions (Kc) a 298 K. Digueu si el valor de la constant d’equilibri en pressions (Kp) és igual o diferent que el valor de la constant d’equilibri en concentracions a 298 K, i justifiqueu la resposta. [1,25 punts] b) Tindrem un rendiment de la reacció més favorable si la duem a terme en un reactor d’1,00 L i a la temperatura de 400 K? I si la duem a terme en un reactor de 0,50 L i a la temperatura de 298 K? Si mantenim el volum i la temperatura del reactor (1,00 L i 298 K), però no hi introduïm plata, disminuiria la concentració d’òxid d’etilè quan s’assolís l’equilibri? Raoneu les respostes. [1,25 punts] Dada:  Constant dels gasos ideals: R = 8,31 J K–1 mol–1 = 0,082 atm L K–1 mol–1.

Pregunta 2a Reacció: 2 C2H4 (g) + O2(g) ⇄ 2 C2H4O(g) ΔH0 (a 298 K) = -210 kJ Determinar la Kc Reacció: 2 C2H4 (g) + O2(g) ⇄ 2 C2H4O(g) Inicial 2,5 1,0 Equilibri 2,5 – 2x 1,0 – x 2x Dades en equilibri: mol de C2H4O = 0,51  2x = 0,51  x = 0,255 mol [0,2p] Mols en equilibri: n (C2H4) = 2,5 – 2x = 2,5 – (2 x 0,255) = 1,990 n (O2) = 1,0 – x = 1,0 – 0,255 = 0,745 n (C2H4O) = 0,51 Concentracions en equilibri: volum =1 L  [C2H4] = 1,990 M [C2H4] = 1,990/ 1 [O2] = 0,745 / 1  [O2] = 0,745 M  [C2H4O] = 0,510 M [C2H4O] = 0,51 / 1 [0,3 p] Constant d’equilibri en concentracions: Kc = ([C2H4O]2) / ([C2H4]2 [O2]) [0,3 p] Substituïm: Kc = (0,510)2 / [(1,990)2 (0,745)]  Kc = 0,0882 [0,2 p] Es penalitzarà 0,1 p si expressen la constant d’equilibri amb unitats. Justificar si Kp és igual o diferent de Kc La relació entre la Kp i la Kc és: Kp = Kc (RT)Δn [0,15 p] On Δn és la diferència de coeficients estequiomètrics entre productes i reactius (només gasos): Δn = (2) – (2 + 1) = -1 Perquè Kp = Kc cal q […]