Problema 3 · Química Bàsica Ii UB 2023

Problema 3. Equilibri químic i factors de desplaçament en el procés Deacon

En el procés Deacon es produeix clor gasós industrialment oxidant clorur d'hidrogen segons la reacció:

$$4\ \mathrm{HCl}(g) + \mathrm{O}_2(g) \rightleftharpoons 2\ \mathrm{H}_2\mathrm{O}(g) + 2\ \mathrm{Cl}_2(g) \quad \Delta H^\circ < 0$$

En un recipient rígid de $10{,}0\ \mathrm{L}$, prèviament buidat, s'introdueixen $32{,}85\ \mathrm{g}$ de $\mathrm{HCl}$ i $38{,}40\ \mathrm{g}$ de $\mathrm{O}_2$. S'escalfa el sistema a $390\ ^\circ\mathrm{C}$ fins a assolir l'equilibri, moment en què s'obtenen $28{,}40\ \mathrm{g}$ de $\mathrm{Cl}_2$.

Dades (25 °C):

Masses atòmiques: $\mathrm{H} = 1{,}0$; $\mathrm{O} = 16{,}0$; $\mathrm{Cl} = 35{,}5$.

$\Delta_f H^\circ(\mathrm{H}_2\mathrm{O}, g) = -241{,}82\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}$; $\Delta_f G^\circ(\mathrm{H}_2\mathrm{O}, g) = -228{,}57\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}$

$\Delta_f H^\circ(\mathrm{HCl}, g) = -92{,}31\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}$; $\Delta_f G^\circ(\mathrm{HCl}, g) = -95{,}30\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}$

$R = 0{,}08206\ \mathrm{atm\cdot L\cdot K^{-1}\cdot mol^{-1}} = 8{,}314\ \mathrm{J\cdot K^{-1}\cdot mol^{-1}}$.

a)

Calculeu la constant d'equilibri de la reacció a $390\ ^\circ\mathrm{C}$. Especifiqueu si calculeu $K_c$ o $K_p$.

$K_p$

$K_c$

b)

Estimeu el valor de la constant d'equilibri a $25\ ^\circ\mathrm{C}$, indicant si és $K_c$ o $K_p$.

$K_p$

$K_c$

c)

Raoneu detalladament com afectaran el rendiment de la reacció i la constant d'equilibri cadascun dels canvis següents:

• Disminució del volum del recipient:

• Increment de la quantitat inicial de $\mathrm{O}_2$:

• Augment de la temperatura:

• Addició d'un catalitzador: