A una temperatura de 1000 K se ponen sobre un catalizador gas metano (CH4) y vapor de agua al final de la reacción en el recipiente de 5 litros se encuentran 43 gramos, 48.4 gramos 8.62 gramos y 2.6 gramos de CH4, H20, CO Y H2. Escriba y balancee la reacción química; luego calcule la Kc y Kp
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Respuestas a la pregunta
- La reacción de combustión es incompleta, por lo cual se produce monóxido de carbono e hidrógeno en presencia del catalizador.
- La reacción balanceada es:
CH₄(g) + H₂O(g) Catalizador→ CO(g) + 3H₂(g)
- La constante de equilibrio de una reacción de compuestos gaseosos se puede determinar en función de sus concentraciones molares (Kc) o en función de sus presiones parciales (Kp).
-Para la reacción anterior, la constante de equilibrio Kc, es igual a:
Kc = [CO]¹x[H2]³ / ([CH4]¹ x [H2O]¹)
- La concentración molar (M) esta expresada en moles de cada compuesto presente en la reacción por cada (1) litro de la mezcla y se determina a partir de la masa (g) de cada componente entre su peso molecular (PM).
-PM CH4 = 16 g/mol; PM H2O = 18 g/mol, PM CO = 28 g/mol, PM H2 = 2 g/mol
n = m/PM
nCH₄ = 43 g/16 g/mol → nCH₄ =2.6875 moles
nH₂O = 48.4 g/18 g/mol → nH₂O =2.6889 moles
nCO = 8.62 g/28 g/mol → nCO = 0.3079 moles
nH₂ = 2.6 g/2 g/mol → nH₂ = 1.3 moles
- Las concentraciones molares de cada compuesto, son:
MCH₄ = 2.6875 moles/5L = 0.5375 M
MH₂O =2.6889 moles/5L = 0.5378 M
MCO = 0.3079 moles/5L = 0.06158 M
MH₂ = 1.3 moles/5L = 0.26 M
- La constante de equilibrio Kc, es:
Kc = [0.06158]¹x[0.26]³ / ([0.5375]¹ x [0.5378]¹) → Kc = 0.00374 mol²/L²
- La constante de equilibrio Kp, es igual a:
Kp = ([PCO]¹x [PH2]³ / [P CH₄]¹ x [PH₂O]¹)
-De la ley de los gases, se tiene = PV= nRT → P = (n/V)RT , siendo n/V la molalidad M
→ P = M x RT
- Entonces, la constante de equilibrio Kp, queda:
Kp = ([MCOxRT]1x [MH2 x RT]3 / [M CH4xRT]1 x [MH2O x RT]1)
Kp = Kc x (RT)⁻²
- Considerando R = 0.08205 atm L/mol x °K y T = 1000°K
Kp = 0.00374 mol²/L² x (0.08205 atm L/mol x °K x 1000°K)⁻²
Kp= 5.555 x 10⁻⁷ atm⁻²