Equilíbrio Químico

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EQUILÍBRIO QUÍMICO 
2016 
Imagem: mundoeducacao.com 
1	
  
2	
  
CONCEITO 
VARIAÇÃO	
  de	
  Q	
  ATÉ	
  ATINGIR	
  UM	
  EQUILÍBRIO	
  QUÍMICO	
  	
  
3	
  
CONCEITO 
T1 	
   	
   	
  diferente	
  de	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  T2	
  	
  
4	
  
Direta 
Inversa 
Quando [R] e [P] são constantes 
(mas não necessariamente iguais), 
a mistura atingiu o equilíbrio. 
CONCEITO 
•  Equilíbrio Dinâmico 
•  Reação Direta 
•  Reação Inversa 
Mesma 
velocidade 
(A) Inicialmente, apenas a reação CO+3H2à ocorre, porque as concentrações de CH4 e de H2O 
são zero. 
5	
  
CONCEITO 
(B) Mais tarde, quando esta reação prossegue, as concentrações de CH4 e H2O aumentam, e a 
reação CH4+H2O à começa. 
A velocidade da reação CH4+H2Oà aumenta constantemente, enquanto a velocidade da reação 
CO+3H2à diminui. 
Eventualmente, as duas velocidades se tornam iguais. 
(A) O experimento inicia-se com 1,0 mol de CO e 3,0 mols de H2 em um recipiente de 10,0 L. Note 
que as quantidades das substâncias tornam-se constante em equilíbrio. (B) A velocidade da reação 
direta é alta no começo, mas diminui, enquanto a velocidade da reação inversa começa em zero e 
aumenta. Eventualmente, ambas as taxas tornam-se iguais (em equilíbrio). 
Imagem: Ebbing; Gammon, 2007. 
6	
  
CONCEITO 
1) O monóxido de carbono e o hidrogênio reagem de acordo com a 
seguinte equação: 
 
CO(g) + 3H2(g) ßà CH4(g) + H2O(g) 
 
Quando 1,000 mol de CO e 3,000 mols de H2 são colocados num 
recipiente de 10,0 L a 927 ºC (1200 K) e deixou-se entrar em 
equilíbrio. A mistura no equilíbrio contém 0,387 mol de H2O. Qual é 
a composição molar da mistura de equilíbrio? Isto é, quantas moles 
de cada substância estão presentes? 
 
7	
  
EXERCÍCIOS 
2) O monóxido de carbono e a água reagem de acordo com a 
seguinte equação: 
 
CO(g) + H2O(g) ßà CO2(g) + H2(g) 
 
Suponha que você comece com uma mistura contendo 1,00 mol CO 
e 1,00 mol H2O. Quando o equilíbrio é alcançado a 1.000 ºC, a 
mistura contém 0,43 mol de H2 . Qual é a composição molar da 
mistura de equilíbrio ? 
 
8	
  
EXERCÍCIOS 
•  Só pode ser atingido em sistemas fechados (sem troca de 
matéria com vizinhanças) 
•  As propriedades microscópicas do sistema permanecem em 
evolução, pois o equilíbrio é dinâmico 
•  colisão entre partículas 
•  formação de complexo ativado 
•  transformação de uma substância em outra 
•  As propriedades macroscópicas do sistema permanecem 
constantes 
•  concentração 
•  densidade 
•  massa 
•  cor 
9	
  
CARACTERÍSTICAS DO EQUILÍBRIO QUÍMICO 
10	
  
As velocidades das reações diretas e inversas são iguais 
O equilíbrio químico de uma reação só se manterá 
estável enquanto o sistema em reação 
for mantido isolado 
(sem trocar matéria ou energia com as vizinhanças). 
CARACTERÍSTICAS DO EQUILÍBRIO QUÍMICO 
 Se houver troca de energia, o sistema irá se ajustar a um 
novo estado de equilíbrio e as propriedades macroscópicas 
desse sistema sofrerão alguma variação até se 
estabilizarem novamente. 
•  Homogêneo: os participantes do equilíbrio constituem uma 
única fase (monofásico). 
 
H2(g) + I2(g) ßà 2HI(g) 
•  Heterogêneo: quando os participantes do equilíbrio 
constituem mais de uma fase (polifásico). 
 
H2(g) + I2(s) ßà 2HI(g) 
11	
  
TIPOS DE EQUILÍBRIO 
12	
  
QUOCIENTE DE EQUILÍBRIO OU 
LEI DA AÇÃO DAS MASSAS (Q) 
aA(g) + bB(g) à cC(g) + dD(g) 
ba
dc
[B][A]
[D][C] Q =
-  Gases entram no Q através de suas pressões parciais (em atm) 
- Soluções aquosas participam do Q na forma de suas 
concentrações molares. Não considerar os sólidos e/ou líquidos 
puros. 
- Q pode ser determinado a qualquer instante durante a reação e 
não necessariamente quando a mesma atingiu o equilíbrio 
•  Razão entre o produto das concentrações em quantidade de 
matéria dos produtos e o produto das concentrações em 
quantidade de matéria dos reagentes, estando todas as 
concentrações elevadas a potencias iguais aos respectivos 
coeficientes da equação química balanceada. 
 
 
13	
  
CONSTANTE DE EQUILÍBRIO EM TERMOS DE 
CONCENTRAÇÃO (Kc) 
2
1
aA + bB cC + dD 
cK== ba
dc
2
1
[B][A]
[D][C] 
K
K
•  KC >> 1: a reação direta prevalece; predominam os produtos 
•  KC << 1: a reação inversa prevalece; predominam os reagentes 
14	
  
2NO(g) + O2(g) ßà 2NO2(g) 
5
2
2
2
2 1045,6 
][O[NO]
][NO xKc ==
N2(g) + 3H2(g) ßà 2NH3(g) 
3
3
2
2
2
2
3 102,37 
][H][N
][NH −== xKc
Quanto maior for o valor de KC, maior será a extensão da 
ocorrência da reação direta. 
Quanto menor for o valor de KC, maior será a extensão da 
ocorrência da reação inversa. 
Imagem: Pearson Education (2005) 
CONSTANTE DE EQUILÍBRIO (Kc) 
15 
-  Se Q < Kc então a reação está ocorrendo em direção à formação dos produtos. 
-  Se Q > Kc então a reação está ocorrendo no sentido inverso, isto é para os 
reagentes. Q diminui até se igualar a Kc. Os produtos são consumidos. 
-  Se Q = Kc a reação está em equilíbrio, usamos Kc no lugar de Q. 
SÓLIDOS E LÍQUIDOS PUROS NÃO ENTRAM 
NAS EXPRESSÕES DE Q E DE Kc, pois suas 
concentrações são sempre constantes. 
H2(g) + I2(s) ßà 2HI(g) H2(g) + I2(g) ßà 2HI(g) 
]][I[H
[HI]K
22
2
c = ][H
[HI]K
2
2
c =
CONSTANTE DE EQUILÍBRIO (Kc) 
16 
Imagem: Pearson Education (2005) 
CONSTANTE DE EQUILÍBRIO (Kc) 
•  Kc varia com a temperatura; 
•  Quanto maior o valor de KC, maior o rendimento da reação ([P] 
no numerador e [R] no denominador); 
•  Comparando valores de KC em diferentes temperaturas, é 
possível determinar em qual delas a reação direta apresenta 
maior rendimento. 
17	
  
CONSTANTE DE EQUILÍBRIO (Kc) 
•  Quando os componentes do equilíbrio são substâncias gasosas, 
além da constante Kc, podemos expressar a constante de 
equilíbrio em termos de pressões parciais (Kp). 
 
 
aA(g) + bB(g) ßà cC(g) + dD(g) 
 
ba
dc
c [B][A]
]D[[C]K =
( ) ( )
( ) ( )bB
a
A
dc
p PP
PK DC P=
18	
  
CONSTANTE DE EQUILÍBRIO EM TERMOS DE PRESSÕES 
PARCIAIS (KP) 
•  Relação entre KC e Kp: 
gásn
C
badc
C RTKRTK
Δ+−+ == )()(K )()(p 19	
  
aA(g) + bB(g) ßà cC(g) + dD(g) 
( ) ( )
( ) ( )
V
nRTP
nRTPV
PDC
=
=
= b
B
a
A
dc
p PP
PK
)()(
b
B
a
A
d
D
c
C
p
b
B
a
A
d
D
c
C
p
)(
nn
nn
K
nn
nn
K
:
badcRT
VV
VV
V
RT
V
RT
V
RT
V
RT
doSubstituin
+−+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
CONSTANTE DE EQUILÍBRIO EM TERMOS DE PRESSÕES 
PARCIAIS (KP) 
•  Equação de Van’t Hoff 
20	
  
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
−
Δ
−=
21
o
2p
1p 11H 
)(K
)(K
ln
TTR
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
−
Δ
−=
21
o
2c
1c 11U 
)(K
)(Kln
TTR
Estado padrão: 
Para gases (1 atm de pressão). Para soluções (1 mol/L) 
CONSTANTE DE EQUILÍBRIO EM TERMOS DE PRESSÕES 
PARCIAIS (KP) 
3) Escreva a expressão da constante de equilíbrio em termos de 
pressões parciais para: 
 
a) CO(g) + 3H2(g) ßà CH4(g) + H2O(g) 
b) 2SO3(g) + S(s) ßà 3SO2(g) 
c) N2(g) +2H2O(g) ßà NH4NO2(s) 
d) 4CuO(s) ßà 2Cu2O(s) + O2(g) 
 
21	
  
EXERCÍCIOS 
4) UFMG) Considere a reação hipotética 
Considere, também, o gráfico velocidade x tempo dessa reação. 
 
 
 
 
 
 
Com base nessas informações, todas as afirmativas estão corretas, exceto: 
a) No instante inicial, a velocidade v1 é máxima. 
b) No instante inicial, as concentrações de C e D são mínimas. 
c) No instante x, as concentrações dos reagentes e produtos são as mesmas. 
d) No instante x, a velocidade v2 é máxima. 
e) No instante x, as concentrações de A e B são as mesmas que no instante 
y. 
 22	
  
EXERCÍCIOS 
5) Em uma mistura em equilíbrio, a 500 oC, encontramos PNH3 = 
0,147 atm, PN2 = 6,00 atm e PH2 = 3,70 atm. 
 Calcule o valor numérico de Kp a 500 oC para a reação: 
 
N2(g) + 3H2(g) ßà 2NH3(g) 
 
 
 
23	
  
EXERCÍCIOS 
6) O pentacloreto de fósforo se dissocia pelo aquecimento,conforme a equação reacional abaixo. Sendo Kc igual a 3,26.10-2, 
a 191 ºC, determine o valor de Kp a esta temperatura. 
PCl5(g) ßà PCl3(g) + Cl2(g) 
 
24	
  
EXERCÍCIOS 
7) Supondo que o valor numérico do Kp é 30 para a decomposição 
do carbonato de cálcio uma dada temperatura, qual é a pressão 
parcial de gás carbônico em um recipiente fechado no qual o 
seguinte sistema está em equilíbrio nesta mesma temperatura? 
CaCO3(s) à CaO(s) + CO2(g) 
 
 
 
 
 
 
 
25	
  
EXERCÍCIOS 
•  Se uma reação puder ser expressada como a soma de duas ou 
mais reações, o valor de K para a reação global é o produto das 
constantes de equilíbrio das reações individuais. 
•  Então, se: reação 3 = reação 1 + reação 2, 
•  K (reação 3) = K(reação 1) x K(reação 2) 
26	
  
CONSTANTE DE EQUILÍBRIO 
PARA SOMA DE REAÇÕES 
8) Considere as seguintes reações a 1200 K, determine K3: 
 
CO(g) + 3H2(g) ßà CH4(g) + H2O(g) K1 = 3,92 (Reação 1) 
CH4(g) + 2H2S(g) ßà CS2(g) + 4H2(g) K2 = 3,3x104 (Reação 2) 
 
Equação global (somando as reações): 
CO(g) + 2H2S(g) ßà CS2(g) + H2O(g) + H2(g) K3 = ? (Reação 3) 
 
 
 
27	
  
EXERCÍCIOS 
•  Relação entre o número de mols consumido de um reagente e 
o número de mols inicial desse reagente. 
•  Adimensional 
•  Varia entre 0 e 1 
•  Pode ser expresso em %: 0% < α < 100% 
 
 
28	
  
GRAU DE EQUILÍBRIO (α) 
reagente desse inicial mols de número
reagente um de consumidos mols de número
=α
Quanto maior o valor de α no equilíbrio, menor será a sobra de 
reagentes e, maior será a quantidade de produtos. 
29	
  
9) 0,4 mol de NH3 é aquecido num tubo fechado a uma dada temperatura. 
Estabelecido o equilíbrio, verifica-se que há 0,30 mol de H2 no sistema. 
Qual é o grau de dissociação do NH3 nas condições da experiência? 
2NH3 ßà N2 + 3H2 
 
 
 
 
EXERCÍCIOS 
30	
  
10) Medidas de concentração para o sistema representado pela 
equação reacional abaixo, em equilíbrio, a uma certa temperatura, 
forneceram os seguintes resultados: 
 
[H2]=0,10 mol L-1 
[I2]=0,20 mol L-1 
[HI]=1,0 mol L-1 
 
Determine a constante de equilíbrio da reação nestas condições. 
 
H2(g) + I2(g) ßà 2HI(g) 
 
 
EXERCÍCIOS 
31	
  
11) Temos representado no gráfico abaixo as concentrações dos 
reagentes e dos produtos de uma mesma reação do tipo: 
 A + B ßà C + D 
Ocorrendo no sentido à direita a partir do zero. Tem-se sempre [A] = 
[B] e [C] = [D], estando estes valores representados no gráfico. 
A constante de equilíbrio da reação será igual a: 
 
a)  16 
b) ¼ 
c)  4 
d)  5 
e)  1/16 
 
mol L-1 
tempo 
Fonte: Agamenon Roberto 
EXERCÍCIOS 
32	
  
12) O valor do Kc para a reação em equilíbrio químico: 
 2CO(g) + O2(g) ßà 2CO2(g) , utilizando os dados da tabela 
abaixo é: 
 
 
a)  2,22 
b)  0,22 
c)  3,22 
d)  0,32 
e)  0,44 
Fonte: Agamenon Roberto 
EXERCÍCIOS 
33	
  
13) Em um frasco de 1,0 L, mantido a 100 ºC, são introduzidos 10 
mols de N2O4. Estabelecido o equilíbrio, nota-se a existência de 
4,0 moles de NO2 e parte de N2O4. Determine o valor de Kc da 
reação. 
 
N2O4(g) ⇔ 2NO2(g) 
 
 
EXERCÍCIOS 
34	
  
14) A reação PCl5(g) ⇔ PCl3(g) + Cl2(g) foi examinada a 250ºC. No 
equilíbrio, [PCl5] = 4,2 x 10-5 mol/L, [PCl3] = 1,3 x 10-2 mol/L e 
[Cl2] = 3,9 x 10-3 mol/L. Calcule Kc para a reação 
EXERCÍCIOS 
35	
  
15) Em um recipiente de 2,0 L, foram colocados 10,0 mols de N2O, 
a uma certa temperatura, onde ele se decompõe conforme a 
reação: 
2N2O(g) ⇔ 2N2(g) + O2(g) 
 
No equilíbrio, 2,20 mols de N2O permanecem. 
Calcule o valor de Kc para a reação. 
EXERCÍCIOS 
36	
  
16) O valor de Kc para o equilíbrio CO(g) + H2O(g) ⇔ CO2(g) + H2(g) 
a 600 K é 302. Suponha que são adicionados, a um recipiente de 
1,00 litro, a 600 K, 2,00 mol de CO e 2,00 mol de H2O. Qual é a 
concentração de equilíbrio de: 
a)  CO2 
b)  H2 
c)  CO 
d)  H2O 
EXERCÍCIOS 
•  O deslocamento do equilíbrio será sempre no sentido da 
velocidade maior. 
•  Princípio de Le Chatelier: 
•  Os fatores que provocam esta perturbação são: 
–  concentração dos participantes (reagentes e produtos) 
–  pressão 
–  temperatura 
37	
  
DESLOCAMENTO DO EQUILÍBRIO QUÍMICO 
Quando um sistema em equilíbrio sofre uma perturbação qualquer, 
ele se desloca espontaneamente no sentido que tende a anular esta 
perturbação, procurando se ajustar novamente ao equilíbrio. 
•  Em um sistema em equilíbrio sob temperatura e pressão 
constantes, o aumento da quantidade de qualquer participante 
favorece a reação que transforma (consome) esse participante, 
e a diminuição da quantidade de um participante favorece a 
reação que forma esse participante. 
 
38	
  
DESLOCAMENTO DO EQUILÍBRIO QUÍMICO 
– Concentração dos Parcipitantes – 
A + B ß à C + D 
Operação Deslocamento 
Adição de reagente A ou B No sentido de formação de C e D 
Adição de produto C ou D No sentido de formação de A e B 
Retirada de reagente A ou B No sentido de formação de A e B 
Retirada de produto C ou D No sentido de formação de C e D 
39	
  
DESLOCAMENTO DO EQUILÍBRIO QUÍMICO 
– Concentração dos Parcipitantes – 
40	
  
(a) Quando um reagente (em azul) é adicionado a uma reação em equilíbrio, 
Q<K e haverá tendência a formar produtos. (b) Quando um produto (em 
amarelo) é adicionado, Q>K e haverá tendência a formar reagentes. Para 
esta reação, foi usado K=1 para o equilíbrio azulßàamarelo. 
 
Imagem: Atkins et al. (2013) 
DESLOCAMENTO DO EQUILÍBRIO QUÍMICO 
– Concentração dos Parcipitantes – 
41	
  
Estes gráficos mostram as variações de 
composição que podem ser esperadas 
quando excesso de hidrogênio e, depois 
de amônia, são adicionados a uma 
mistura de nitrogênio, hidrogênio e 
amônia. Observe que a adição de 
hidrogênio resulta na formação de 
amônia, enquanto que a adição de 
amônia leva à decomposição de um 
pouco da amônia adicionada. Em 
ambos os casos, a mistura ajusta-se a 
uma composição que está de acordo 
com a constante de equilíbrio. 
 
Imagem: Atkins et al. (2013) 
DESLOCAMENTO DO EQUILÍBRIO QUÍMICO 
– Concentração dos Parcipitantes – 
42	
  
H2(g) + I2(g) ↔ 2HI(g) 
Se adicionarmos H2 ao sistema em equilíbrio: 
 - a [HI] aumenta 
 - a [I2] diminui. 
 
 
Por outro lado, se retirar H2 do sistema, parte do HI se decompõe 
para formar H2, para substituir o H2 que foi retirado, logo: 
 - a [HI] diminui 
 
 
 
DESLOCAMENTO DO EQUILÍBRIO QUÍMICO 
– Concentração dos Parcipitantes – 
•  Os participantes devem estar no estado gasoso. 
•  Os sólidos não sofrem alterações significativas com a variação da 
pressão. 
•  Quando a quantidade total de moléculas em fase gás do sistema 
permanecer constante, a variação da pressão não afetará o equilíbrio. 
43	
  
O equilíbrio desloca no sentido que 
reduz o número de moléculas em 
fase gás 
Provoca contração do volume 
Aumento da pressão 
O equilíbrio desloca no sentido que 
aumenta o número de moléculas em 
fase gás 
Provoca expansão do volume 
Diminuição da pressão 
DESLOCAMENTO DO EQUILÍBRIO QUÍMICO 
– Pressão – 
Fonte: Carvalho, 1995 
44	
  
DESLOCAMENTO DO EQUILÍBRIO QUÍMICO 
– Pressão – 
 
 
H2(g) + I2(g) ß à 2HI(g) 
1 molécula 1 molécula 2 moléculas 
 
 2 moléculas 2 moléculas 
 
 
 
- Se aumentarmos a pressão do sistema, o equilíbrio não se altera. 
 
- Se diminuirmos a pressão do sistema, o equilíbrio não se altera. 
45	
  
DESLOCAMENTO DO EQUILÍBRIO QUÍMICO 
– Pressão – 
46	
  
Fonte: Carvalho, 1995 
C(s) + H2O(g) ßà CO2(g) + H2(g) 
1 mol. 2 mol. 
CaCO3(s) ßà CaO(s) + CO2(g) 
1 mol. 
Diminuição da Pressão 
Aumento da Pressão 
DESLOCAMENTO DO EQUILÍBRIO QUÍMICO 
– Pressão – 
Imagens: 
Divulgação 
REAÇÃO ENDOTÉRMICA: 
-  Absorção de calor 
-  ΔH > 0 
REAÇÃO EXOTÉRMICA: 
-  Liberação de calor 
-  ΔH < 0 
47	
  
DESLOCAMENTO DO EQUILÍBRIO QUÍMICO 
– Temperatura – 
•  O ΔH que acompanha a reação está relacionado com a reação direta. 
 
 
N2(g)+ 3H2(g) ß à 2NH3(g) ΔH = -92 kJ 
 
-  Se aumentarmos a temperatura do sistema, o equilíbrio desloca para a esquerda. 
-  Se diminuirmos a temperatura do sistema, o equilíbrio desloca para a direita. 
48	
  
Aumento da 
Temperatura 
Favorece a reação 
endotérmica 
Diminuição da 
Temperatura 
Favorece a reação 
exotérmica 
DESLOCAMENTO DO EQUILÍBRIO QUÍMICO 
– Temperatura – 
•  Aumenta a velocidade da reação para atingir o equilíbrio, mas 
não altera a composição da mistura no equilíbrio. 
 
49	
  
Fonte: Carvalho, 1995 
DESLOCAMENTO DO EQUILÍBRIO QUÍMICO 
– Catalisador – 
50	
  
PERTURBAÇÕES X EFEITOS 
Fonte: José Nunes da Silva Jr. 
51	
  
17) Nitrogênio e hidrogênio reagem para formar amônia segundo 
a equação: N2(g) + 3H2(g) ßà2NH3(g) ΔH= -22 kcal 
Se a mistura dos três gases estiver em equilíbrio e provocarmos: 
I. Compressão da mistura. 
II. Aumento de temperatura. 
III. Introdução de hidrogênio adicional. 
O efeito sobre a quantidade de amônia, em cada situação, será: 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Agamenon Roberto 
EXERCÍCIOS 
52	
  
18) Dado o sistema em equilíbrio, responda: 
 
CO(g) + ½O2(g) ßàCO2(g) ΔH < 0 
 
 
a) Aumentando a temperatura, o que ocorrerá com a concentração 
de CO2(g)? 
b) Diminuindo a temperatura, o que ocorrerá com a concentração de 
O2(g)? 
 
 
 
 
 
 
 
 
EXERCÍCIOS 
53	
  
19) Considere a reação: 
2Cl2(g) + 2H2O(g) ⇔ 4HCl(g) + O2(g) ∆H° = 113 kJ 
Admita que o sistema esteja em equilíbrio. 
O que ocorrerá ao número de mols de H2O no recipiente se: 
 
a) For adicionado O2 
b) For retirado HCl 
c) O volume do recipiente for diminuído 
d) A temperatura for diminuída 
 
 
 
 
 
 
 
 
EXERCÍCIOS