Desplazamiento del equilibrio

La constante de equilibrio es$$K_c = \frac{[\text{CH}_4]\,[\text{H}_2\text{O}]}{[\text{CO}]\,[\text{H}_2]^3}$$a) Disminución de la temperatura

La temperatura es el único factor que cambia el valor de $K$. Al enfriar, el sistema tiende a producir calor, es decir, a favorecer el sentido exotérmico, que es el directo ($\Delta H^\circ = -115\ \text{kJ}$). El equilibrio se desplaza hacia la derecha: se forman más $\text{CH}_4$ y $\text{H}_2\text{O}$ y $K_c$ aumenta.

b) Aumento de la presión total

Al aumentar la presión (por ejemplo, reduciendo el volumen), el sistema tiende a disminuirla reduciendo el número de moles de gas. Como a la izquierda hay 4 moles de gas y a la derecha 2 ($\Delta n_\text{gas} = 2 - 4 = -2$), el equilibrio se desplaza hacia la derecha. $K_c$ no cambia, porque la temperatura es la misma.

c) Adición de hidrógeno

Al añadir $\text{H}_2$, un reactivo, aumenta el denominador del cociente de reacción: $Q < K_c$. Para recuperar el equilibrio el sistema consume parte del $\text{H}_2$ añadido (y del $\text{CO}$) y el equilibrio se desplaza hacia la derecha, formando más productos. $K_c$ no varía.

d) Eliminación parcial de vapor de agua

Al retirar $\text{H}_2\text{O}$, un producto, disminuye el numerador: $Q < K_c$. El sistema repone parte del agua eliminada y el equilibrio se desplaza hacia la derecha. $K_c$ no varía.

Las cuatro perturbaciones favorecen la formación de metano, que es justo lo que se busca en la metanación industrial del gas de síntesis.