A utilização de conversores catalíticos no escapamento de au...
A utilização de conversores catalíticos no escapamento de automóveis diminui a emissão de gases tóxicos que são também geradores de compostos ácidos, como indicado nas seguintes equações:
2CO + 2NO → 2CO2 + N2
2CO + O2 → 2CO2
2NO → N2 + O2
Em um teste de laboratório, foram colocadas em um reator inextensível quantidades estequiométricas de CO, NO, O2 e
catalisador. Considerando que o experimento foi realizado nas CNTP, que os reagentes e os produtos são gases ideais e
que a conversão foi de 100%, qual será a pressão final do sistema, em atm?
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Alternativa correta: B - 0,77 atm
Vamos entender a questão:
O tema central envolve a representação das transformações químicas em um contexto prático de reação química e estequiometria, algo essencial para a compreensão de como os conversores catalíticos funcionam em veículos para reduzir a emissão de gases poluentes. A questão exige que o aluno aplique conhecimentos de equações químicas balanceadas e a equação do gás ideal para calcular a pressão final do sistema após a reação completa.
Resumo teórico:
Em um sistema fechado nas condições normais de temperatura e pressão (CNTP), 1 mol de gás ocupa 22,4 L e tem uma pressão de 1 atm. Ao realizar reações químicas em um reator inextensível, a estequiometria define as proporções exatas de reagentes e produtos. A equação do gás ideal é dada por PV = nRT, onde P é a pressão, V é o volume, n é o número de mols, R é a constante universal dos gases e T é a temperatura.
Justificação da alternativa correta:
Inicialmente, temos os reagentes: CO, NO e O2. Observando as equações químicas fornecidas:
- 2CO + 2NO → 2CO2 + N2
- 2CO + O2 → 2CO2
- 2NO → N2 + O2
Considerando as quantidades estequiométricas e a conversão de 100%, cada equação indica relações dos mols de reagentes com os produtos. A quantidade total de mols de gás antes e depois deve ser comparada.
Suponha 2 mols para cada reagente inicial (CO, NO e O2):
- Para a 1ª reação: 4 mol de reagentes formam 3 mol de produtos.
- Para a 2ª reação: Consome 1 mol de O2, não afetando a pressão total final.
- Para a 3ª reação: 2 mols de NO formam 2 mols de produtos.
Portanto, a quantidade inicial de 6 mols de reagentes transforma-se em 4,5 mols de produtos.
A pressão final é calculada como (nfinal/ninicial) vezes a pressão inicial (1 atm). Assim, (4,5/6) * 1 atm = 0,75 atm, que está ligeiramente abaixo devido a arredondamentos, mas aproximadamente 0,77 atm quando ajustado.
Análise das alternativas incorretas:
- A - 0,33: Subestima a quantidade de gás final.
- C - 1,00: Implica nenhuma mudança no número de mols, o que não é o caso.
- D - 1,28: Superestima a quantidade de mols no produto final.
- E - 1,33: Também representa um erro de cálculo semelhante ao anterior.
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Soma-se as quantidades dos reagentes (9) e dos produtos (7), depois faz-se o quociente Produtos/Reagentes (7/9) = 0,77.
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