Question

O hidrogênio (H2) é considerado um combustível limpo devido a sua reação de combustão ser menos poluente, pois o único produto obtido é a água. No entanto, existem desvantagens no uso desse combustível. Uma delas está relacionada ao enorme volume do recipiente para o seu armazenamento. Outro problema que o H2 é uma fonte secundária de energia, devendo ser obtido a partir de uma fonte primária. método mais usado para sua obtenção é a reação reversível do gás natural CH4(g):

CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g).

(equação completa na foto)


Suponha que a concentração inicial de CH4(g) colocada em um recipiente fechado foi de 2,5 mol/L, e que após o equilíbrio ter sido atingido essa concentração caiu para 0,5 mol/L. Sabendo se que o volume molar de um gás ideal a 25°C é 22,4 L, calcule o volume de gás hidrogênio (H2) obtido.​

Answer 1

A reação reversível para a formação do hidrogênio a partir de uma concentração inicial de metano de 2,5 mol/L forma 134,4 L de hidrogênio.

O que são reações reversíveis?

São reações onde os reagentes se transformam em produtos (reação direta) e os produtos voltam a se transformar nos reagentes originais (reação inversa). Em um sistema fechado, quando as velocidades das reações diretas e inversas são iguais, temos uma situação chamada de equilíbrio químico.

Como destacado no parágrafo, a reação de formação do hidrogênio a partir do metano é dada por:

$CH_{4} + H_{2}O$ ⇄ $CO + 3H_{2}$

Como essa é uma reação reversível, temos de analisar a diferença na quantidade dos componentes após o equilíbrio. Apenas a quantidade de metano foi fornecida, então é ela que usaremos de base.

Concentração inicial $CH_{4}$ = 2,5 mol/L

Concentração no equilíbrio $CH_{4}$ = 0,5 mol/L

Portanto, temos que a diferença nas concentrações se deve ao uso desse como reagente para a formação de hidrogênio. Sendo assim:

Quantidade de  $CH_{4}$ usada como reagente = 2,5 - 0,5

Quantidade de  $CH_{4}$ usada como reagente = 2 mols

Assim, com base na equação química, temos que:

1 mol de  $CH_{4}$ --------------- 3 mols de $H_{2}$

2 mols             ------------------ x

x = 6 mols de $H_{2}$ formados

Para sabermos o volume formado, aplicamos a igualdade de que para um gás ideal, um mol de gás ocupa 22,4 L. Portanto:

1 mol de gás ---------------- 22,4 L

6 mols        ------------------- y

y = 134,4 L de $H_{2}$ formados

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