Questão 74 Unesp 2022 - 1ª fase - dia 2

Aumentar o rendimento de produção de hidrogênio após o sistema atingir o equilíbrio significa deslocar o equilíbrio no sentido de produção de hidrogênio (sentido direto ou para a direita).

Para isso, é possível alterar alguns fatores, que são justificados pelo Princípio de Le Chatelier, o qual, de forma simplificada, diz que um sistema em equilíbrio, quando perturbado, tende a ajustar-se de modo a compensar a perturbação de modo a restabelecer o equilíbrio.

Assim, devemos analisar cada procedimento proposto no enunciado e verificar se há deslocamento de equilíbrio e se o deslocamento é no sentido de produção de hidrogênio.

1. Aumento de pressão.

Para haver deslocamento de equilíbrio por aumento de pressão no sistema, é necessário haver variação de volume gasoso quando comparamos o volume parcial ocupado pelo total de gases reagentes e pelo total de gases produtos, pois um aumento de pressão é compensado por uma contração (diminuição) de volume gasoso.

Essa comparação é feita pelos volumes molares (V) dos gases, uma vez que todos se encontram nas mesmas condições de tempertaura e pressão, bastando observar o número de mols do balanceamento para as espécies gasosas.

Para a equação já balanceada: $C{H}_{4\left(g\right)} + H_2{O}_{\left(g\right)} \overrightarrow{\leftarrow } C{O}_{\left(g\right)} + 3H_{2\left(g\right)}$

Temos 2 mols gasosos de reagentes e 4 mols gasosos de produtos, ou seja, 2V nos reagentes e 4V nos produtos. Sendo assim, um aumento de pressão leva à diminuição de volume, que, no caso da equação dada, acarretaria em um deslocamento de equilíbrio no sentido inverso (diminuição do rendimento de produção de hidrogênio).

2. Aumento de temperatura.

Para análise da influência da temperatura, devemos observar o sinal da variação de entalpia $\left(∆\mathrm{H}\right)$ do processo. Para a equação dada, o valor de $∆\mathrm{H}$ é positivo, significa que a reação no sentido direto é endotérmica, sendo exotérmica no sentido inverso.

Um aumento de temperatura é compensado pelo sistema, em equilíbrio, com absorção de calor (para tentar compensar ou reduzir essa variação de temperatura), logo há um deslocamento no sentido endotérmico ou direto (aumento do rendimento de produção de hidrogênio).

3. Adição de catalisador.

A função de um catalisador é aumentar a velocidade de uma reação por diminuição da energia de ativação. Porém, para um sistema em equilíbrio, que apresenta velocidades das reações direta e inversa iguais, a adição de catalisador não altera o situação de equilíbrio, pois aumenta a velocidade das duas reações ao mesmo tempo, uma vez que a diminuição da energia de ativação ocorre nos dois sentidos (não há aumento do rendimento de produção de hidrogênio).

4. Remoção de monóxido de carbono.

Como o monóxido de carbono (CO) é um gás, sua remoção faz sua concentração molar diminuir, já que reduz seu número de mols sem alterar o volume. Sendo assim, essa diminuição na concentração de CO é compensada pelo deslocamento de equilíbrio no sentido de produzir novamente o CO, ou seja, no sentido direto (aumento do rendimento de produção de hidrogênio).

Após análise de todos os procedimentos propostos, verificamos que somente os de números 2 e 4 colaboram para um aumento do rendimento de produção de hidrogênio, o que se encontra na alternativa C.