Exercici 3 · Química Bàsica Ii UB 2016

Exercici 3 (14 punts). Equilibri químic en la reducció de FeO

En un reactor tancat de 10 L a 1270 K s'estudia la reacció d'obtenció de ferro metàl·lic a partir del seu òxid:

$$\mathrm{FeO(s) + CO(g) \rightleftharpoons Fe(s) + CO_2(g)}$$

En assolir l'equilibri, la mescla conté:

$m(\mathrm{FeO}) = 32{,}3\text{ g}$

$P(\mathrm{CO}) = 1{,}24\text{ bar}$

$m(\mathrm{Fe}) = 8{,}8\text{ g}$

$P(\mathrm{CO_2}) = 1{,}71\text{ bar}$

a.

Calculeu les constants d'equilibri $K_p$ i $K_c$ a 1270 K.

b.

S'introdueix $\mathrm{NaOH}$ al reactor per tal de capturar $\mathrm{CO_2}$ fins que la seva pressió baixa a $0{,}62\text{ bar}$, deixant evolucionar el sistema fins a un nou equilibri. Trobeu la composició final de la mescla un cop restablert l'equilibri.

c.

Es recullen a continuació les dades termodinàmiques estàndard a 298,15 K:

Substància

$\Delta_\mathrm{f}H^\circ\ (\mathrm{kJ\cdot mol^{-1}})$

$S_\mathrm{m}^\circ\ (\mathrm{J\cdot K^{-1}\cdot mol^{-1}})$

$\mathrm{FeO(s)}$

-272,0

60,75

$\mathrm{CO(g)}$

-110,53

197,67

$\mathrm{Fe(s)}$

0

27,28

$\mathrm{CO_2(g)}$

-393,51

213,74

Suposant que $\Delta H^\circ$ i $\Delta S^\circ$ són independents de la temperatura, justifiqueu de forma breu la validesa de cadascuna de les asseveracions següents: