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Equilíbrio químico é o nome dado ao ramo da Físico-Química que estuda toda e qualquer reação reversível, na qual existem duas reações possíveis, uma direta (em que os reagentes transformam-se em produtos) e uma inversa (em que os produtos transformam-se em reagentes). Essas reações apresentam a mesma velocidade. EQUILÍBRIO QUÍMICO I2(g) + H2(g) → 2HI(g) ANÁLISE GRÁFICA 1. VELOCIDADE DAS REAÇÕES: 2. CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTES E PRODUTOS: Rendimento = 50% V1 = V2 [R] > [P] Rendimento [R] Rendimento > 50% Tempo de equilíbrio CONCLUSÕES FINAIS 1. EQUILÍBRIO QUÍMICO: É processo dinâmico, onde as velocidades das reações direta e inversa tornam-se iguais. Nesta situação, as concentrações de todas as espécies permanecem constantes, não necessariamente iguais. 2. PROPRIEDADES MACROSCÓPICAS: São propriedades que podemos medir ou detectar por meio dos nossos sentidos. São propriedades constantes. Exemplos: Concentração, densidade, temperatura, pressão, pH, cor, odor, etc. 3. PROPRIEDADES MiCROSCÓPICAS: São propriedades que não podemos medir ou detectar por meio dos nossos sentidos. Exemplos: Formação do Complexo ativado, colisões entre as partículas reagentes e produtos, reações direta e inversa continuam ocorrendo, porém com a mesma velocidade. EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO: LIVRO 2 – FRENTE D –MÓD. 05 - PÁG. 306 1- (UNITAU SP) O gráfico abaixo representa a variação da concentração de reagentes (C1) e produtos (C2) ao longo do tempo. Com relação a esse gráfico, assinale a alternativa CORRETA a) A velocidade da reação na ordem direta e inversa é igual nessa reação, apesar de as concentrações não se igualarem no equilíbrio (t2). b) Nem em t1, nem em t2, a reação atingiu o equilíbrio, pois as concentrações não se igualaram. c) Em t2, a velocidade de formação do produto é maior em relação a sua reação na ordem reversa. d) A reação estava em equilíbrio no tempo 0, porque a concentração de reagentes foi maior em relação à concentração de produtos. e) A constante de equilíbrio da reação (K) é independente da temperatura. X 2 - (Faculdade Santo Agostinho BA) Considere o seguinte equilíbrio químico em água: HCO3 − (aq) ↔ H+ (aq) + CO3 −2 (aq) Qual das seguintes afirmativas pode ser concluída utilizando-se apenas da equação? a) As concentrações no equilíbrio de todos os participantes são iguais. b) O equilíbrio foi atingido começando com apenas HCO3 − em solução. c) A expressão da constante de equilíbrio leva-se em conta apenas HCO3 − . d) A velocidade da reação direta iguala-se à reação inversaX 3. Uma reação química atinge o equilíbrio químico quando: : a) Não existe mais reação química. b) Não há mais reagentes, somente produtos. c) As concentrações de reagentes e produtos tornam-se constantes . d) A velocidade da reação direta apresentar diminuição em relação à inversa. e) As concentrações dos reagentes são iguais às concentrações dos produtos. X Características de um equilíbrio químico: - as velocidades das reações direta e inversa são iguais. - As concentrações das substância que participam do sistema em equilíbrio químico são constantes, não necessariamente iguais. Condições para estabelecer um equilíbrio: - Sistema fechado. - Reação reversível (reação não se completa em nenhum sentido). - Temperatura constante. 4. (Unioeste PR) Um equilíbrio químico é estabelecido quando a) uma reação química cessa. b) somente a velocidade da reação de formação torna-se constante. c) a concentração dos produtos e a dos reagentes permanecem constantes. d) a concentração dos produtos e dos reagentes são iguais. e) a temperatura torna-se constante. X - um sistema atinge o equilíbrio quando a velocidade da reação direta (Vd) fica igual à velocidade da reação inversa (Vi), isto é, Vd = Vi e as concentrações dos reagentes e dos produtos ficam constantes. Resolução: Kc = [Produtos] [Reagentes] ________ CONSTANTE DE EQUILÍBRIO EM FUNÇÃO DAS PRESSÕES PARCIAIS, EM RELAÇÃO AS SUBSTÂNCIAS GASOSAS: ∆n = ∑nP - ∑nR Exemplo: ∆n = ∑nP - ∑nR Kp é a constante de equilíbrio em função das pressões parciais Kc é a constante de equilíbrio em função das concentrações R é a constante dos gases e utilizamos quando a pressão parcial é expressa em atm (R = 0,082 atm.L/K.mol) T é a temperatura em Kelvin (K): T(K) = tºc + 273 Δn é a variação do número de mols (mols dos produtos - mols dos reagentes) e apenas leva em consideração os coeficientes das substâncias no estado gasoso: ∆n = ∑nP - ∑nR Exemplo: Rendimento 50% Kp = 9,15 Algo que serve muito de ajuda para realizar esses cálculos é escrever uma tabela semelhante à mostrada abaixo e seguir os passos mencionados nela: 03. PÁG. 328. Analise o diagrama a seguir que mostra as variações de concentração em mol/L de NO2 e N2O4 até atingirem o equilíbrio, dado pela reação 2 NO2 ↔ N2O4. Determine a alternativa que indica o valor correto de Kc nessas condições: a) 0,25 b) 0,5 c) 2,5 d) 2 e) 4 Visto que o diagrama já nos fornece as concentrações no equilíbrio, a tabela pode ser dispensada e já substituímos os valores na expressão da constante de equilíbrio Kc: 2 NO2 ↔ N2O4. Kc = [N2O4] [NO2] 2 Kc = 1 22 Kc = 1 4 Kc = 0,25 X 04. Em um recipiente de 5 L, a uma temperatura T, são misturados 5 mol de CO(g) e 5 mol de H2O(g). Quando o equilíbrio é atingido, coexistem 3,325 mol de CO2(g) e 3,325 mol de H2(g). Calcule o valor de Kc, na temperatura T, para o seguinte equilíbrio: CO(g) + H2O(g) ↔ CO2(g) + H2(g) a) 3940 b) 394 c) 0,394 d) 39,4 e) 3,94 5 mol 5 mol 0 mol 0 mol 3,325 mol 3,325 mol 3,325mol 3,325 mol 1,675 mol 1,675 mol 3,325mol 3,325 mol Kc = [CO2] . [H2] [CO] . [H2O] Kc = 0,665 . 0,665 0,335 . 0,335 Kc = 0,442225 0,112225 Kc = 3,94 a) 3940 b) 394 c) 0,394 d) 39,4 e) 3,94X 5 mol 5 mol 0 mol 0 mol 3,325 mol 3,325 mol 3,325mol 3,325 mol 1,675 mol 1,675 mol 3,325mol 3,325 mol 05. (PUC-RS) Um equilíbrio envolvido na formação da chuva ácida está representado pela equação: 2SO2(g) + O2(g) ↔ 2SO3(g) Em um recipiente de 1 litro, foram misturados 6 mols de dióxido de enxofre e 5 mols de oxigênio. Depois de algum tempo, o sistema atingiu o equilíbrio; o número de mols de trióxido de enxofre medido foi 4. O valor aproximado da constante de equilíbrio é: a) 0,53 b) 0,66 c) 0,75 d) 1,33 e) 2,33 22 4 44 2 x Agora basta substituir os valores encontrados na expressão da constante de equilíbrio Kc dessa reação: Kc = [SO3] 2 [SO2] 2 . [O2] Kc = __(4)2__ (2)2 . 3 Kc = 1,33 EXERCÍCIOS PROPOSTOS – LIVRO 1 – FRENTE D – MÓD. 04 - PÁG. 330 01. O monóxido de carbono é produzido pela redução do dióxido de carbono promovida pelo carbono sólido, à temperatura de 700 ºC, conforme a equação abaixo: C(s) + CO₂(g) → 2CO(g) Na pressão gasosa total de 1,00 atm, a pressão parcial de CO2 é igual a 0,3 atm. O valor numérico da constante desse equilíbrio, Kp, nesta temperatura é a) 0,49 b) 1,0 c) 1,6 d) 2,6 e) 3,0 Ptotal = 1,00 atm pCO2= 0,3 atm Pt = pCO2 + pCO pCO = 0,7 atm Kp = (pCO)2 (pCO2) 1 Kp = (0,7)2 (0,3)1 Kp = 0,49 0,3 Kp =1,6 X 02. (UFBA - adaptada) Dados: (Fonte: BRADY & HUMISTON, p. 511.) A tabela acima mostra as concentrações, em mol/L, do sistema em equilíbrio representado pela equação: que foram obtidas, experimentalmente, a 297K. Calcule, com três algarismos significativos, o valor aproximado de Kp para essa reação. Expresse o resultado indicando 50% do valor de Kp. a) 37 b) 47 c) 57 d) 67 e) 77 Resolução 1a etapa: determinar o valor da concentração de cada participante da reação. Serão utilizados os valores da concentração do experimento 2 ou do experimento 3 porque a concentração do reagente PCl5 no primeiro é 0 e o valor do Kc utilizando os dados dos outros dois experimentos será o mesmo. 2a etapa: determinar o valor do Kc do processoa partir da utilização dos valores das concentrações de cada participante no equilíbrio 3. Kc = [PCl3) 1. [Cl2] 1 [PCl5] 1 Kc = 3,66 . 1,5 1 Kc = 5,49 1 Kc = 5,49 3a etapa: determinar o valor do Kp do processo com a expressão a seguir. Kp = Kc.(R.T)Δn Kp = 5,49.(0,082.297)2-1 Kp = 5,49.(24,436)1 Kp = 5,49.24,436 Kp = 134,15 atm Retirando os 50% que o enunciado pede, ou seja, retirando a metade, temos, aproximadamente, 67 atm. a) 37 b) 47 c) 57 d) 67 e) 77 X 03. Um recipiente fechado contém o sistema gasoso representado pela equação: 2SO₂ (g) + O₂ (g) ⇄ 2 SO₃ (g) sob pressão de 6 atm e constituído por 0,4 mol de SO₂ , 1,6 mol de O₂ e 2,0 mol de SO₃. Determine o valor de Kp (Pressão Parcial dos Gases) do sistema. Como o sistema é formado por 0,4 mol de SO2 +1,6 mol de O2 + 2 mol de SO3, o número total de gases contido no recipiente é 4. Esses 4 mols são responsáveis justamente pela pressão de 6 atm observada. Assim, temos: Resolução: I) Pressão parcial de SO2: 4 mol ----- 6 atm 0,4 mol----- x atm x= 0,6 atm II) Pressão parcial de O2: 4 mol------- 6 atm 1,6 mol----- y atm y= 2,4 atm III) Pressão parcial de SO3: 4 mol----- 6 atm 2 mol------z atm z= 3 atm Nesse tipo de questão, sempre lembre-se de somar todos os valores das pressões parciais encontrados para conferir com a pressão inicial total: 3 + 2,4 + 0,6 = 6 atm I) Pressão parcial de SO2: 4 mol ----- 6 atm 0,4 mol----- x atm x= 0,6 atm II) Pressão parcial de O2: 4 mol------- 6 atm 1,6 mol----- y atm y= 2,4 atm III) Pressão parcial de SO3: 4 mol----- 6 atm 2 mol------z atm z= 3 atm Calcular o valor do Kp: pressão parcial dos produtos sobre pressão parcial dos reagentes(todos elevados aos seus respectivos coeficientes estequiométricos). 2SO₂ (g) + O₂ (g) ⇄ 2 SO₃ (g) Kp = (PSo3)² / (PSo2])².(PO2) Kp = (3)²/(0,6)².(2,4) Kp = 9 / 0,36 . 2,4 Kp = 9 / 0,864 Kp = 10,41 04. Dada a reação abaixo: CO(g) + H2O(g) ⇄ CO2(g) + H2(g) Se em um certo momento as concentrações molares de monóxido Monóxido de carbono e água forem iguais a 1,0 mo.L-1 e as concentrações molares de dióxido de carbono e gás hidrogênio forem iguais a 1,5 mol.L-1. Calcule: a)O Qc desta reação neste momento b) Se Kc = 1, qual lado da reação é favorecido com esse valor de Qc? a) Qc = [CO2] . [H2] [CO] . [H2O] Qc = 1,5 . 1,5 1.0 . 1,0 Qc = 2,25 Resolução: ____________ b) Como o Qc > Kc, a reação inversa vai ocorrer com uma velocidade maior até atingir o equilíbrio químico, isto é, os produtos serão consumidos e os reagentes serão formados, aumentando, assim, as concentrações dos reagentes e diminuindo as concentrações dos produtos. O Qc vai diminuindo até se igualar ao Kc, quando o sistema entra em equilíbrio. Portanto a reação será deslocada no sentido dos reagentes. 05. Considere o seguinte equilíbrio químico: 2 H2(g) + CO(g) + ⇄ CH3OH(g) Sabendo que Kc vale 300 mol-2.L2, a 425ºC, determine o valor de Kp a essa mesma temperatura. (Dados: R = 0,082 atm.L.K-1.mol-1). a)9,8 . 105 b)2,5 . 10-1 c)9,2 . 10-2 d)3,64 . 10-5 e)9,8 . 10-5 Kp = Kc.(R.T)Δn Resolução: Kp = 300.(0,082.698)-2 Kp = 300 (57,236) 2 Kp = _300___ 3,276 . 10 3 Kp = 9,2 . 10 -2 X ∆n = ∑nP - ∑nR ∆n = 1 – (2 + 1) ∆n = 1 - 3 ∆n = -2 Em um recipiente fechado de 4 L de capacidade, encontram-se 7,2 g de H2O, 8 g de H2 e 6,4 g de O2 em equilíbrio e a 677oC. Qual dos valores propostos a seguir condiz com o valor da constante do equilíbrio em termos de pressão (Kp) desse sistema? Massas molares: H2O = 18g/mol; H2 = 2g/mol e O2 = 32g/mol. a) 2,5 atm-1 b) 0,00025 atm-1 c) 0,25 atm-1 d) 0,025 atm-1 e) 0,0025 atm-1 Os dados fornecidos pelo exercício foram: • Temperatura: 677oC, que, em Kelvin (somando com 273), corresponde a 950 K • Massa da água = 7,2 g • Massa molar da água = 18g/mol • Massa do H2 = 8 g • Massa molar do H2 = 2g/mol • Massa do O2 = 6,4 g • Massa molar do O2 = 32g/mol X Os dados fornecidos pelo exercício foram: • Temperatura: 677oC, que, em Kelvin (somando com 273), corresponde a 950 K • Massa da água = 7,2 g • Massa molar da água = 18g/mol • Massa do H2 = 8 g • Massa molar do H2 = 2g/mol • Massa do O2 = 6,4 g • Massa molar do O2 = 32g/mol Para determinar o valor do Kp do sistema, devemos realizar os seguintes passos: 1a etapa: determinar o número em mol de cada gás dividindo a massa fornecida pela massa molar. • Para o H2O = 7,2 = 0,4mol 18 • Para o H2 = 8 = 4mol 2 • Para o O2 = 6,4 = 0,2mol 32 • Para o H2O = 7,2 = 0,4mol 18 • Para o H2 = 8 = 4mol 2 • Para o O2 = 6,4 = 0,2mol 32 2a etapa: determinar o valor da pressão de cada gás utilizando o valor do volume (4L), a constante geral dos gases (0,082) e a temperatura (950) na expressão de Clapeyron. • Para o H2O P.V = n.R.T P.4 = 0,4.0,082.950 P.4 = 31,16 P = 31,16 4 p = 7,79 atm • Para o H2 P.V = n.R.T P.4 = 4.0,082.950 P.4 = 311,6 P = 311,6 4 p = 77,9 atm • Para o O2 P.V = n.R.T P.4 = 0,2.0,082.950 P.4 = 15,58 P = 15,58 4 p = 3,895 atm 3a etapa: determinar o valor do Kp. Kp = (pH2O)2 (pH2) 2.(pO2) 1 Kp = (7,79)2 (77,9)2.(3,895)1 Kp = 60,684 6068,41.3,895 Kp = 60,684 23639,456 Kp = 0,0025 atm-1 (UFPB) Se 1 mol de H2(g) e 1 mol de I2(g), em um recipiente de 1 litro, atingirem a condição de equilíbrio a 500 ºC, a concentração de HI no equilíbrio será: Dado: Kc = 49. a) 2,31. b) 5,42. c) 1,56. d) 3,29. e) 4,32. Considerando que o volume é de 1 L e que Kc = 49, vamos usar a expressão da constante de equilíbrio Kc para descobrir a concentração de HI: Kc = [HI]2 [H2] . [I2] 49 = (2x)2 (1-x) . (1-x) 49 = 4x2 1 – 2x + x2 45x2 – 98x + 49 = 0 Visto que temos uma equação de 2º grau aqui, teremos que usar a fórmula de Bhaskara para resolver: -Fórmula geral das equações de 2º grau: ax2 + bx + c = 0; - Fórmula de Bhaskara: x = -b ± √b2 – 4 . a . c 2 . a x = -(-98) ± √(-98)2 – 4 . 45 . 49 2 . 45 x = 98 ± √784 2 . 45 x = 98 ± √784 90 x1 = +1,4 > 1,0 mol (não tem significado físico) x2 = 0,78 mol Agora descobrimos a concentração de HI: [HI] = 2 x [HI] = 2 . 0,78 [HI] = 1,56 mol/L 49 = (2x)2 (1-x) 2 Obs: 49 = (2x)2 (1-x) . (1-x) 7 = 2x 1-x 7 – 7x = 2x 7 = 2x +7x X = 0,78 mol√ √ __ ___ ____________ _________________ ____ ____ Em um recipiente fechado, com capacidade de 5 L, em temperatura T, há 2 mol de gás hidrogênio, 3 mol de gás iodo e 4 mol de iodeto de hidrogênio . A reação entra em equilíbrio químico, em temperatura T, e verifica-se que há 1 mol de gás hidrogênio no recipiente. Qual é o gráfico que representa esse equilíbrio e qual o valor da constante de equilíbrio Kc em temperatura de T? Resolução: 1 1 1 2 O gráfico que mostra as variações das concentrações em mol/L dos reagentes e dos produtos até atingirem o equilíbrio pode ser dado por: Kc =__[HI]2__ [H2 ] . [I2] Kc = (1,2)2 0,2 . 0,4 Kc = 18 1 1 1 2 Aqueceram-se 2 mol de pentacloreto de fósforo gasoso, PCl5, em um recipiente fechado, com capacidade de 2L. Atingido o equilíbrio, o PCl5 estava 40% dissociado em PCl3 e Cl2. Qual será o valor da constante de equilíbrio da reação? 2 mol 1 1 1 0 0 Concentração em mol/L no equilíbrio nr = α.ni nr = 0,4. 2 nr = 0,8 0,8 0,8 1,2 mol 0,8 mol 0,8 mol [PCl5] = 1,2/2 [PCl5] = 0,6mol/L [PCl3] = 0,8/2 [PCl3] = 0,4 mol/L [Cl2] = 0,8/2 [Cl2] = 0,4 mol/L 2 mol 1 1 1 0 0 Concentração em mol/L no equilíbrio nr = α.ni nr = 0,4. 2 nr = 0,8 0,8 0,8 1,2 mol 0,8 mol 0,8 mol [PCl5] = 1,2/2 [PCl5] = 0,6mol/L [PCl3] = 0,8/2 [PCl3] = 0,4 mol/L [Cl2] = 0,8/2 [Cl2] = 0,4 mol/L Kc = [PCl3] 1.[Cl2] 1 [PCl5] 1 Kc = (0,4)1.(0,4)1 (0,6)1 Kc = 0,4.0,4 0,6 Kc = 0,16 0,6 Kc = 0,266 mol/L-1 (UFPE-PE) A constante de equilíbrio a 298 K para a reação N2O4(g) ⇌ 2 NO2(g), é igual a 1,0. Num recipiente fechado, a 298 K, foi preparada uma mistura dos gases N2O4 e NO2 com pressões parciais iniciais de 2,0 e 1,0 bar, respectivamente. Com relação a estamistura reacional a 298 K, pode-se afirmar que: ( ) está em equilíbrio. ( ) no equilíbrio, a pressão parcial do gás N2O4 será maior que sua pressão parcial inicial. ( ) no equilíbrio, a pressão parcial do gás NO2 será maior que sua pressão parcial inicial. ( ) no equilíbrio, as pressões parciais do N2O4 e NO2 serão as mesmas que as iniciais. ( ) no equilíbrio, a velocidade da reação direta será igual à velocidade da reação inversa. Qc = (PNO2] 2 [N2O4] 1 Qc = (1)2 (2)1 Qc = 0,5 Como o Qc # Kp (1), o sistema não está em equilíbrio. Se o Qc