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1 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com Físico-Química 2º Semestre Curso Anual de Química Prof. Alexandre Oliveira Assunto Página Módulo 01 – Equilíbrio Químico 03 Módulo 02 – Equilíbrio Iônico 39 Módulo 03 – Equilíbrio Iônico da Água – pH e pOH 55 Módulo 04 – Hidrólise de sais 73 Módulo 05 – Solubilidade e Equilíbrio - Kps 87 Módulo 06 – Solução Tampão 101 Módulo 07 – Eletroquímica - Pilhas 111 Módulo 08 – Eletroquímica – Eletrólise 143 www.cursoanualdequimica.com www.vestcursos.com 2 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com 3 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com MÓDULO 01 EQUILIBRIO QUÍMICO 1. Equilíbrio químico É a situação na qual a velocidade da reação direta é igual à velocidade da reação inversa e, consequentemente, as concentrações de todas as substâncias participantes permanecem constantes. Todas as reações reversíveis atingem um equilíbrio químico, esse equilíbrio químico pose ser atingido em um maior ou menor intervalo de tempo. O equilíbrio químico é um equilíbrio dinâmico, ou seja, a reação química não pára de ocorrer nunca, o que ocorre é que a velocidade da reação direta é igual a velocidade da reação inversa. Seja a reação genérica: A + B C + D O gráfico da velocidade em função do tempo da reação direta e da reação inversa até que se atinja o equilíbrio é o seguinte: t1 = tempo no qual o equilíbrio químico se estabeleceu. Existem três situações em que o equilíbrio químico pode ser atingindo, levando-se em consideração a concentração dos reagentes e produtos (em mol/L) em função do tempo. Lembre-se que para que o equilíbrio químico seja atingido é necessário que sejam estabelecidas as seguintes condições: 1) Velocidade da reação direta igual a velocidade da reação inversa. 2) A concentração dos reagentes e produtos permanecem em função do tempo: Ao ser atingido o equilíbrio, a concentração dos reagentes [A] e [B], é maior que a dos produtos, [C] e [D]. 2 1 v 1 v 2 v 1 = v 2 Tempo Tempo gasto para atingir o equilíbrio v Tempo [C].[D] L 1 [A].[B] concentração (mol/L) 4 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com Ao ser atingido o equilíbrio, a concentração dos reagentes, [A] e [B], é menor do que a dos produtos, [D] e [D]. Ao ser atingido o equilíbrio, a concentração dos reagentes. [A] e [B], é igual a dos produtos, [C] e [D]. t1 = tempo no qual o equilíbrio se estabeleceu. Observações: 1. Em recipientes fechados, as reações químicas são, em sua grande maioria, reversíveis. 2. O equilíbrio químico só pode ser atingido em sistemas fechados. 3. Num equilíbrio químico, as propriedades macroscópicas do sistema como concentração, densidade, massa, cor etc. Permanecem constantes. 4. O equilíbrio químico é dinâmico, por isso as propriedades microscópicas do sistema, como colisão entre as partículas, formação do complexo ativado, transformação de uma substância em outra, permanecem em evolução. 5. Para que o equilíbrio químico de uma reação permaneça estável, o sistema deve estar isolado, ou seja, não deve trocar nem matéria, nem energia com o ambiente. 2. Constante de equilíbrio em sistemas homogêneos (Kc) Sistemas homogêneos são aqueles onde os reagentes e os produtos formam uma única fase. Consideremos o equilíbrio químico representado pela equação geral, supondo que a reação direta e a reação inversa sejam elementares: aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g) V1 = K1 . [A]a . [B]b (Velocidade da reação direta) V2 = K2 . [C]c . [D]d (Velocidade da reação inversa) No equilíbrio V1 = V2, então temos: K1 . [A]a . [B]b = K2 . [C]c . [D]d Tempo concentração (mol/L) [C].[D] [A].[B] L 1 TempoL 1 [A].[B]. [C].[D] concentração (mol/L) 2 1 5 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com , considerando: temos: Observe os exemplos: H2(g) + l2(g) 2HI(g) Kc = 2 2 2 [Hl] 49,5 (a 440 ºC) [H ][I ] ( Equação 1) CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g) Kc = 1,78 X 10-3a 800 ºC Kc = 4.68 x 10-2 a 1000 ºC Kc = 5.67 a 1500 ºC Escrevendo a Lei de Equilíbrio Exemplo 1: Escreva a lei de equilíbrio para a reação N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) Que é usada para sintetizar a amônia industrialmente. Solução: A lei de equilíbrio fixa a expressão de ação de massa igual a constante de equilíbrio. Para formar a expressão de ação de massa, colocamos as concentrações dos produtos no numerador e as concen- trações dos reagentes no denominador. Os coeficientes na equação tornam-se expoentes nas concentrações. Portanto, 2 3 c3 2 2 [NH ] K [N ][H ] Note que omitimos o expoente quando este é igual a um. 3. Manipulação das Equações para o Processo de Equilíbrio Químico As vezes é útil ser possível combinar o processo de equilíbrio químico para se obter a equação para alguma outra reação de interesse. Ao se fazer isto, realizamos várias operações tais como, reverter uma ba dc 2 1 ]B.[]A[ ]D.[]C[ K K c 2 1 K K K ba dc C ]B.[]A[ ]D.[]C[ K 6 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com equação, multiplicar os coeficientes por algum fator e adicionar as equações para se obter a equação desejada. Em nossa discussão sobre termoquímica, aprendemos como tais manipulações afetam os valores de H. Algumas regras deferentes - aplicam às mudanças nas expressões de ação de massa e as constantes de equilíbrio. a) Mudando o Sentido de um Equilíbrio Quando o sentido de uma equação é invertido, a nova constante de equilíbrio é a recíproca da original. Acabamos de verificar isso na discussão acima. Como um outro exemplo, quando invertemos o equilíbrio 53 2 5 c 3 2 [PCl ] PCl Cl PCl K [PCl ][Cl ] obtemos 3 2 5 3 2 c 5 [PCl ][Cl ] PCl PCl Cl K ' [PCl ] A expressão de ação de massa para a segunda reação é a recíproca daquela primeira, então K’c é igual a 1/Kc. b) Multiplicando os Coeficientes por um Fator Quando os coeficientes em uma equação são multiplicados por fator, a constante de equilíbrio é elevada a urna potência igual aquele fator. Por exemplo, suponha que multipliquemos os coeficientes da equação 5 3 2 5 c 3 2 [PCl ] PCl Cl PCl K [PCl ][Cl ] Obteremos 2 5 3 2 5 c 2 2 3 2 [PCl ] 2PCl 2Cl 2PCl K '' [PCl ] [Cl ] Ao compararmos as expressões de ação de massa, notamos que K’c = K2c. c) Adição do Processo de Equilíbrio Químico Quando o processo de equilíbrio químico é adicionado, suas constantes de equilíbrio são multiplicadas. Por exemplo, suponha que adicionemos as duas equações seguintes. 2 2 2 2 2 c1 2 2 2 4 2 2 2 2 c2 2 3 2 2 4 2 2 2 2 c3 2 4 2 2 [N O] 2N O 2N O K [N ] [O ] [NO ] 2N O 3O 4NO K [N O] [O ] _____________________________________ [NO ] 2N 4O 4NO K [N ] [O ] Numeramos as constantes de equilíbrio apenas para distinguirmos uma da outra. Se multiplicarmos a expressão de ação de massa para Kc1 por aquela para Kc2 obteremos a expressão de ação de massa para K c3. 7 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com 2 2[N O] 4 2 2 2 2 2 2 [N O] X [N ] [O ] [N O] 4 2 2 43 2 22 [NO ] [N ] [O ][O ] Portanto. Kc1 X Kc2 = Kc3 Observação: Caso a reação química não seja elementar, esse fato altera a interpretação cinética da expressão do Kc, mas não afeta a expressão final do Kc. Ex.: 2 A(g) + B(g) C(g) + D(g) Admitindo que as reações nos dois sentidos sejam elementares, teremos: ]B[]A[ ]D[]C[ K 2c Supondo agora que a reação direta ocorra em duas etapas:1ª Etapa (I): 2 A(g) A2(g) (lenta) 2ª Etapa (II): A2(g) + B(g) C(g) + D(g) (rápida) Etapa Global: 2 A(g) + B(g) C(g) + D(g) Em (I) temos: 2 2 c ]A[ ]A[ K Em (II) temos: ]B[]A[ ]D[]C[ K 2 c Kc (I) x Kc (II) temos: ]B[]A[ ]D[]C[ ]A[ ]A[ 2 2 2 c2 K]B[]A[ ]D[]C[ 4. Leis de Equilíbrio para as Reações Gasosas Quando todos os reagentes e produtos são gases, podemos formular as expressões de ação de massa em termos de pressões parciais, assim como das concentrações molares. Isto é possível porque a concentração molar de um gás é proporcional a sua pressão parcial. Isto vem da lei dos gases ideais, PV = nRT Resolvendo para P se obtém n P RT V Se dobrarmos a concentração molar de um gás sem mudar a sua temperatura ou volume, dobramos sua pressão. 8 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com A incógnita n/V tem unidades de mol/L e é simplesmente a concentração molar. Portanto, podemos escrever P = (concentração molar) X RT ( Equação 3) Esta equação se aplica se o gás estiver propriamente num recipiente ou em parte de uma mistura. No caso de uma mistura de gases, P é a pressão parcial do gás. A relação mostrada na Equação 3 nos permite escrever a expressão de ação de massa para as reações entre os gases tanto em termos de molaridades quanto de pressões parciais. Portanto, quando fazemos uma troca não podemos esperar que os valores numéricos das constantes de equilíbrio sejam os mesmos, e então usamos dois símbolos diferentes para K. Quando as concentrações molares são usadas, usamos o símbolo Kc. Quando as pressões parciais são usadas, então KP é o símbolo. Por exem- plo, a lei de equilíbrio para a reação do nitrogênio com o oxigênio para formar a amônia N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) Pode ser escrita das duas maneiras a seguir 2 3 c3 2 2 porque as concentrações molares são usadas[NH ] K na expressão de ação de massa[N ][H ] 2 NH3 p3 N H2 2 P porque as pressões parciais são usadas K na expressão de ação de massaP P O equilíbrio das concentrações molares pode ser usado para calcular Kc, enquanto o equilíbrio das pressões parciais pode ser usado para calcular KP. Discutiremos a conversão entre Kc e KP mais adiante. Escrevendo Expressões para KP Exemplo 1: Escreva a expressão para KP para a reação N2O4(g) 2NO(g) Solução: Para KP usamos as pressões parciais na expressão de ação de massa. 2 NO2 p N O2 4 P K P 5. A Significância da Magnitude de Kc Se utilizarmos KP ou Kc, a vantagem de sempre escrevermos a expressão de ação de massa com as concentrações dos produtos no numerador é que a grandeza da constante de equilíbrio nos dá uma medida do quanto a reação prossegue até se completar quando o equilíbrio é alcançado. Por exemplo, a reação 2H2(g) + O2(g) 2H2O(g) 9 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com tem Kc = 9,1 X 1080 a 25 °C. Isto significa que quando há um equilíbrio entre esses gases, 2 80 2 c 2 2 2 [H O] 9,1 x 10 K 1[H ] [O ] Ao escrevermos Kc como uma fração, (9,1 X 1080)/1, vemos que o numerador da expressão de ação de massa deve ser enorme se comparado ao denominador, o que significa que a concentração de H2O tem que ser enorme em comparação às concentrações de H2 e O2. Em equilíbrio, portanto, a maioria dos átomos de hidrogênio e oxigênio no sistema é encontrada na H2O, e muito poucos estão presentes no H2 e no O2. Logo, um grande valor de Kc nos diz que a reação entre H2 e O2 segue essencialmente até completar-se. A reação entre N2 e O2 para se obter NO N2(g) + O2(g) 2NO(g) Normalmente, necessitamos de 200.000 L de vapor d'água, a 25 °C, apenas para encontrarmos uma molécula de O2 e duas de H2. tem uma constante de equilíbrio muito pequena; Kc = 4,8 X 10-31 a 25 °C. A lei de equilíbrio para essa reação é 2 31 2 2 [NO] 4,8 x 10 [N ][O ] Uma vez que 10-31 = 1/1031, podemos escrever 2 31 2 2 [NO] 4,8 [N ][O ] 10 No ar, a 25 °C, a concentração de equilíbrio de NO deve ser aproximadamente 10-17 mol/L. Normalmente é mais elevada porque o NO é formado em várias reações, tais como aquelas responsáveis pela poluição do ar provocada pelos automóveis. Aqui o denominador é enorme se comparado ao numerador, e por isso as concentrações de N2 e O2 devem ser muito maiores que a concentração de NO. Isto significa que numa mistura de N2 e O2 a essa temperatura, é formado muito pouco NO. A reação raramente prossegue até o final antes que o equilíbrio seja alcançado. A relação entre a constante de equilíbrio e a posição de equilíbrio pode ser resumida como se segue: Quando os valores de Kc são muito grandes Quando Kc= 1 Quando os valores de Kc São muito pequenos A reação direta é bastante favorável. O equilíbrio se estabelece com grande quantidade de produtos em relação aos reagentes. As concentrações dos reagentes e dos produtos são aproximadamente as mesmas no equilíbrio. A posição de equilíbrio situa-se aproximadamente na metade, entre os reagentes e os produtos. Quantidades extremamente pequenas de produtos são formadas. O equilíbrio se estabelece com grande quantidade de reagentes em relação aos produtos 10 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com Note que omitimos o subscrito para Kc neste resumo. As mesmas prescrições qualitativas sobre o alcance da reação se aplicam se usarmos Kp ou Kc. Uma das circunstâncias em que podemos usar as constantes de equilíbrio é para comparar o alcance entre duas ou mais reações que prosseguem até se concretizarem. Cuidado ao fazer tais comparações, portanto, porque a menos que K seja enormemente diferente, a comparação é somente válida se tanto as reações tiverem o mesmo número de reagentes, como as moléculas dos produtos aparecerem nas equações químicas equilibradas. • A constante de equilíbrio, K, é a razão entre produtos e reagentes. • Consequentemente, quanto maior for K, mais produtos estarão presentes no equilíbrio. • De modo inverso, quanto menor for K, mais reagentes estarão presentes no equilíbrio. • Se K >> 1, então os produtos predominam no equilíbrio e o equilíbrio encontra-se à direita. • Se K << 1, então os reagentes predominam no equilíbrio e o equilíbrio encontra-se à esquerda. 6. Cálculos envolvendo a constante de equilíbrio Na resolução de problemas envolvendo a constante de equilíbrio use o seguinte raciocínio: Preencha um quadro semelhante ao quadro abaixo colocando: I. O nº de mol inicial dos reagentes. II. O número de mols que reagem e são produzidos. III. O nº de mols no equilíbrio químico. IV. A concentração molar de cada substância no equilíbrio. I) Nº de mol no início II) Reage e Forma III) Nº de mol no equilíbrio IV) Molaridade no equilíbrio Após preencher o quadro substitua os dados da linha (IV) na expressão de Kc. Observe os seguintes exemplos: 01) (Ufrrj) O metanol pode ser obtido industrialmente pela reação entre o monóxido de carbono e o hidrogênio conforme a equação adiante: CO(g) + 2 H2(g) CH3OH(g) Há uma certa temperatura, em um recipiente de 2 L, são introduzidos 4,0 mols de monóxido de carbono e 4,0 mols de hidrogênio. Após um certo tempo, o processo atinge um equilíbrio quando são formados 1 11 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com mol de metanol. Calcule a constante de equilíbrio (Kc) nas condições para a reação anterior e assinale o item correto: a) 1/2 b) 1/3 c) 1/4 d) 1/5 e) 2/3 02) (Fuvest) N2O4 e NO2, gases poluentes do ar, encontram-se em equilíbrio, como indicado: N2O4 2NO2 Em uma experiência,nas condições ambientes, introduziu-se 1,50 mol de N2O4 em um reator de 2,0 litros. Estabelecido o equilíbrio, a concentração de NO2 foi de 0,060 mol/L. Qual o valor da constante Kc em termos de concentração, desse equilíbrio? a) 2,4.10-3 b) 4,8.10-3 c) 5,0.10-3 d) 5,2.10-3 e) 8,3.10-3 7. Grau de equilíbrio () É a razão entre o número de mol consumidos de um certo reagentes (NC) e o número de mol inicial desse reagente (Ni). O grau de equilíbrio será sempre um número puro (sem unidade) entre 0 e 1 ou entre 0 a 100%. Na realidade o grau de equilíbrio é a massa coisa que o rendimento de uma reação química. 8. Quociente do equilíbrio (Qe ou Qc) É a relação entre as concentrações molares dos produtos sobre as concentrações molares dos reagentes, e é expresso da mesma forma que Kc. Relacionando a constante de equilíbrio (Kc) com o quociente de equilíbrio (Qe), podemos determinar se os resultados dos experimentos correspondem ou não a uma situação de equilíbrio. Se Qe < Kc, o sistema não está em equilíbrio. – O Qe deverá aumentar para se igualar com Kc. – O sistema deverá se deslocar para a direita. V1 ; V1 > V2 V2 Se o Qe > Kc, o sistema não está em equilíbrio. – O Qe deverá aumentar para se igualar com Kc. – O sistema deverá se deslocar para a esquerda. V1 ; V2 > V1 V2 Se Qe = Kc, o sistema está em equilíbrio. V1 ; V1 = V2 V2 i c N N 12 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com 9. A Relação entre Kp e Kc Para algumas reações KP é igual a Kc, porém, para muitas outras as duas constantes têm valores diferentes. Portanto. é desejável que tenhamos uma forma para calcular uma a partir da outra. Na conversão entre KP e Kc usa-se a relação entre a pressão parcial e a molaridade. A Equação a seguir pode ser usada para trocar KP por Kc substituindo (concentração molar) x RT PV = nRT Resolvendo para a concentração do gás, n/V, obtemos n/V = P/RT para a pressão parcial de cada gás na expressão de ação de massa por KP. Da mesma forma. Kc pode ser trocado para KP resolvendo a Equação 3 para as concentrações molares, e então substituindo o resultado, P/TR, dentro da expressão apropriada para K. Isto parece muito trabalhoso, e é. Felizmente existe uma equação geral derivada dessas relações, que podemos usar para fazer essas conversões. ng p cK K (RT) Nesta equação, o valor de ng é igual à mudança no número de mols do gás indo dos reagentes para os produtos. ng = (mols dos produtos gasosos) - (mols dos reagentes gasosos) Usaremos os coeficientes da equação equilibrada para a reação para calcular o valor numérico de ng. Por exemplo, a equação N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) n9 é calculado a partir dos coeficientes da equação, tomando-os para representar os mols. Nos diz que dois mols de NH3 são formados quando um mol de N2 e três mols de H2 reagem. Em outras palavras, dois mols de produto gasoso são formados a partir de um total de quatro mols de reagentes gasosos. Como é uma diminuição de dois mols de gás, então Ano para essa reação é igual a - 2. Para algumas reações, o valor de ng é igual a zero. Um exemplo é a decomposição do HI. 13 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com 2HI(g) H2(g) + l2(g) Note que se tomarmos os coeficientes para representar os mols, há dois mols de gás em cada lado da equação. Isto significa que ng = 0. Visto que (RT) elevado à potência zero é igual a 1, Kp = Kc. Conversão entre Kp e Kc Exemplo 2: A 500 °C, a reação entre N2 e H2 para formar a amônia N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) tem Kc = 6,0 X 10-2. Qual é o valor numérico de Kp para esta reação? Solução: A equação que desejamos usar é Kp = Kc(RT)ng Na discussão acima, vemos que ∆ng = -2 para esta reação. Tudo o que necessitamos agora são valores apropriados de R e T. A temperatura. T. deve ser expressa em kelvins. (Quando usada para representar a temperatura, a letra maiúscula T numa equação sempre significa a temperatura absoluta.) A seguir devemos escolher um valor apropriado para R. Em referência à Equação acima. se as pressões parciais estão expressas em atm e a concentração em mol L-1, o valor de R que é consistente com estas unidades é R = 0,0821 L atm mol-1 K-1, e esse é o único valor de R que pode ser usado na Equação 4. Reunindo os dados, então. obtemos Kc = 6,0 X 10-2 ng = -2 T = (500 + 273) K = 773 K R = 0.0821 L atm mol-1 K-1 Substituindo esses dados dentro da equação para Kp obtemos Kp = (6,0 x 10-2) x [(0.0821) x (773)]-2 = (6,0 x 10-2) x (63,5)-2 = 1,5 X 10-5 Neste caso, Kp tem um valor numérico bastante diferente daquele de Kc. Conversão entre Kp e Kc Exemplo 3 A 25 °C. Kp para a reação N2O4(g) 2NO2(g) tem um valor de 0,140. Calcule o valor de Kc. Solução: Novamente, a equação de que precisamos é Kp = Kc(RT)ng Desta vez, ng = 2 - 1 = + 1. Agora vamos arrumar os dados na tabela. Kp = 0,140 ng = +1 T = 298 K R = 0.0821 L atm mol-1 K-1 Resolvendo a equação para Kc obtemos p c ng K K (RT) Substituindo os valores dentro dessa equação determinamos 0.140 14 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com c 1 3 0,140 K [(0,0821) x (298)] 5,72 x 10 Mais uma vez, há uma diferença substancial entre os valores de Kp e Kc. 10. Processo de Equilíbrio Heterogêneo Numa reação homogênea - ou num equilíbrio homogêneo - todos os reagentes e produtos estão na mesma fase. O processo de equilíbrio dentre os gases é homogêneo porque todos os gases misturam- se livremente uns com os outros, e então uma fase simples existe. Há também muitos processos de equilíbrio em que os reagentes e os produtos são dissolvidos na mesma fase líquida. Quando existe mais de uma fase em uma mistura de reação, denominamos de reação heterogênea. Um exemplo comum é a combustão da madeira, em que um combustível sólido reage com o oxigénio gasoso. Outro exemplo é a decomposição térmica do bicarbonato de sódio, que ocorre quando o composto é borrifado no fogo. 2NaHCO3(s) Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g) Cozinheiros experientes mantêm uma caixa de bicarbonato de sódio próxima, porque essa reação toma-se um excelente extintor de fogo em gorduras e óleo quentes. O fogo é suprimido pelos produtos da reação. As reações heterogêneas são capazes de alcançar o equilíbrio, assim como o são as reações homogêneas. Se NaHCO3 é colocado num recipiente vedado de forma que nenhum CO2 ou H2O possa escapar, os gases e o sólido vão para um equilíbrio heterogêneo. 2NaHCO3(s) Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g) Seguindo nosso procedimento habitual, podemos escrever a lei de equilíbrio para essa reação como 15 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com 2 3 2 2 2 3 [Na CO (s)][H O(g)][CO (g)] K [NaHCO (s)] Incluímos os estados físicos na expressão de ação de massa aqui porque temos um sistema heterogêneo. Portanto, a lei de equilíbrio para as reações que envolvem líquidos e sólidos puros pode ser escrita de uma forma ainda mais simples. Isto é devido à concentração de um líquido ou de um sólido puro ser imutável; isto é, para qualquer líquido ou sólido puro, a razão da quantidade de substância para o volume da substância é uma constante. Por exemplo, se tivéssemos um cristal de 1 mol de NaHCO3, ele iria ocupar um volume de 38,9cm3. Dois mols de NaHCO3 ocupariam duas vezes esse volume, 77,8 cm3, porém a razão de mols para litros (isto é, a concentração molar) permaneceria a mesma. Para o NaHCO3, a concentração da substância no sólido é 11mol 2mol 25,7 mol L 0,0389L 0,0778L Esta é a concentração de NaHCO3 no sólido, desconsiderando o tamanho da amostra sólida. Em outras palavras, a concentração de NaHCO3 é constante, contanto que algum NaHCO3 esteja presente na mistura de reação. Raciocínio semelhante mostra que a concentração de NaCO3 no sólido puro Na2CO3 também é uma constante. Isso significa que a lei de equilíbrio agora tem três constantes, K e mais dois dos termos de concentração. Faz sentido combinar todas as constantes numéricas. 2 3 2 2 c 2 3 K[NaHCO (s)] [H O(g)][CO (g)] K [Na CO (s)] A lei de equilíbrio para uma reação heterogênea é escrita sem os termos da concentração para os sólidos ou líquidos puros. As constantes de equilíbrio que são dadas nas tabelas representam todas as constantes combinadas. Escrevendo a Lei de Equilíbrio para uma Reação Heterogênea Exemplo 4 O poluente do ar, dióxido de enxofre, pode ser removido de uma mistura de gases combinando-o com óxido de cálcio. A equação é CaO(s) + SO2(g) CaSO3(s) Escreva a lei de equilíbrio para essa reação. Solução: As concentrações dos dois sólidos, CaO e CaSO3, estão incorporadas na constante de equilíbrio Kc para a reação. O único termo da concentração que pode aparecer na expressão de ação de massa é do SO2. Portanto. a lei de equilíbrio é simplesmente c 2 1 K [SO (g)] 11. Princípio de Le Châtelier e o Equilíbrio Químico O princípio de Le Châtelier, nos proporciona os meios para fazer previsões qualitativas sobre a mudanças no processo de equilíbrio químico. Isto sempre no permite prever os efeitos das influências 16 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com externas no processo de equilíbrio que envolve as mudanças físicas, como o processo de equilíbrio líquido-vapor. Lembre-se de que o Princípio de Le Châtelier afirma que se uma influência externa perturba um equilíbrio, o sistema sofre uma mudança num sentido que se opõe à influência que o perturba e, se possível, devolve o equilíbrio ao sistema. Vamos examinar que tipos de "influências externas podem afetar o processo de equilíbrio químico. Quando um sistema atinge o equilíbrio químico, ele tende a permanecer dessa maneira, sem nenhuma mudança nas concentrações de reagentes e produtos, a menos que algum fator externo altere esse equilíbrio. Em 1888 o Físico-químico francês, LE CHATELIER, estudando o comportamento de sistema em equilíbrio químico, chegou à conclusão de que os fatores externos capazes de deslocar o equilíbrio de um sistema são: a concentração das substâncias participantes da reação, a pressão e a temperatura. Ele então enunciou um princípio conhecido como Princípio de LE CHATELIER ou Princípio da fuga ante a força: Quando um fator externo atua sobre um sistema em equilíbrio, este se desloca no sentido de reduzir a ação deste fator sobre o sistema, buscando um novo equilíbrio químico. (Diferente do equilíbrio anterior). OBSERVAÇÕES Quando a velocidade da reação direta aumenta (A + B C + D), dizemos que o equilíbrio está se deslocando para a direta (V1 > V2). Quando a velocidade da reação inversa aumenta (A + B C + D), dizemos que o equilíbrio está se deslocando são passageiros, pois conduzem os sistemas para um novo equilíbrio químico. 11.1. Fatores que deslocam o equilíbrio quimico de uma reação a) Influência da concentração Considere o equilíbrio: )g()g( V V )g()g( dDcCbBaA INVERSA DIRETA ba dc C ]B[]A[ ]D[]C[ K Lembrando que KC é sempre constante numa determinada temperatura, temos: [A] e/ou [B] o equilíbrio se desloca para a direita (); VDIRETA > VINVERSA. [C] e/ou [D] o equilíbrio se desloca para a esquerda (); VINVERSA > VDIRETA. [A] e/ou [B] o equilíbrio se desloca para a esquerda (); VINVERSA > VDIRETA. [C] e/ou [D] o equilíbrio se desloca para a direita (); VDIREITA > VINVERSA. Conclusão: A adição de uma substância desloca o equilíbrio no sentido que irá consumi-la. A retirada de uma substância desloca o equilíbrio no sentido que irá refazê-la. Adição de um lado: desloca o equilíbrio p/ o outro lado. Retirada de um lado: desloca o equilíbrio p/ o mesmo lado. Considere o processo de Haber N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) 17 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com Se H2 é adicionado enquanto o sistema está em equilíbio, o sistema deve responder para neutralizar o H2 adicionado (por Le Châtelier). O sistema deve consumir o H2 e levar aos produtos até que um novo equilíbrio seja estabelecido. Portanto, a [H2] e a [N2] diminuirão e a [NH3] aumentará. Observação: Em todos esses casos onde a concentração das substâncias foi alterada a constante de equilíbrio (KC) permanece constante, pois como já estudamos ela só varia em função da temperatura. A introdução de uma substância inerte (que não reage) não influi no equilíbrio químico. b) Influência da temperatura (lei de Van't Hoff) O aumento da temperatura desloca o equilíbrio no sentido endotérmico, ou seja, no sentido que absorve o calor fornecido. A diminuição da temperatura desloca o equilíbrio no sentido exotérmico, ou seja, no sentido que repõe o calor retirado. Ex.: kcal2,26HNH2H3N )g(3AENDOTÉRMIC EXOTÉRMICA )g(2)g(2 T o equilíbrio se desloca para a esquerda (), lado endotérmico, consequentemente: [N2]; [H2]; [NH3]. T o equilíbrio se desloca para a direita (), lado exotérmico, consequentemente: [N2]; [H2]; [NH3]. Observação: O valor da constante de equilíbrio (Kc ou Kp) não varia com a variação da concentração dos participantes de uma reação, nem com a pressão, mas varia com a temperatura. Assim temos: ]REAGENTES[ ]PRODUTOS[ K c Reação endotérmica: T; (equilíbrio ); [produtos]; Kc. Reação exotérmica: T; (equilíbrio ); [reagentes]; Kc. 18 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com C C K T K T aendotérmic açãoRe C C K T K T exotérmica açãoRe c) Influência da pressão total do sistema (lei de Robin) A pressão só exerce influência considerável sobre substâncias na fase gasosa. Considere o equilíbrio: Ex.: Ao aumentar a pressão de um sistema, o equilíbrio se desloca no sentido de diminuir essa pressão, e como a pressão é proporcional ao nº de moléculas e de mol, à sistema se desloca para o lado da redução do número de moléculas, o que ocasionará uma diminuição da pressão. Conclusão: O aumento da pressão desloca o equilíbrio no sentido de menor número de mols gasosos. A diminuição da pressão desloca o equilíbrio no sentido de maior número de mols gasosos. Observação: Caso a reação ocorra sem contração, nem expansão de volume, o aumento ou diminuição da pressão não desloca o equilíbrio químico da reação. Ex.: A variação da pressão não desloca o equilíbrio da reação. Nos equilíbrios onde existem substâncias no estado gasoso e no estado sólido ou líquido, a variação de volume é determinada apenas pelas substâncias no estado gasoso. Não confunda pressão total dó sistema, com pressão parcial de um gás, pois quando aumentamos a pressão parcial de um gás, estamos na realidade aumentando a sua concentração, assim para o equilíbrio anterior temos: 19 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com Aumentando a pressão parcial do O2(g) o equilíbrio se desloca para a direita; Aumentando a pressão parcial do CO2(g) o equilíbrio se desloca para a esquerda. Variações na pressão total ou na pressão parcial não alteram o valor de Kc nem de Kp de uma reação a uma determinada temperatura. d) Influência do catalisador sobre o equilíbrio de uma reaçãoLembre-se de que os catalisadores são substâncias que afetam a velocidade das reações químicas, sem serem consumidos. Portanto, os catalisadores não afetam a posição de equilíbrio em um sistema. A razão é que um catalisador afeta igualmente as reações diretas e as inversas. Ambas são aceleradas na mesma proporção. Então, adicionando um catalisador ao sistema, não existe efeito resultante sobre a composição de equilíbrio do sistema. O único efeito catalisador é trazer o sistema ao equilíbrio mais rapidamente. • Um catalisador reduz a barreira de energia de ativação para a reação. • Consequentemente, um catalisador diminuirá o tempo gasto para alcançar o equilíbrio. • Um catalisador não afeta a composição da mistura em equilíbrio. • O catalisador não altera o valor da constante de equilíbrio da reação (Kc). O catalisador aumenta igualmente a velocidade da reação direta e da reação inversa, através do o abaixamento da energia de ativação das duas reações, portanto concluímos que: O catalisador não desloca o equilíbrio químico de uma reação, ele apenas diminui o tempo necessário para que o equilíbrio seja atingido. Portanto, o catalisador não altera o estado de equilíbrio de uma reação, não altera o rendimento do processo nem o valor da constante de equilíbrio (Kc ou Kp). Dada a reação em equilíbrio: )g()g( B1A1 )g()g( D1C1 Adição de um Gás Inerte a um Volume Constante Uma mudança no volume não é a única forma de se alterar a pressão em um sistema de equilíbrio de reagentes e produtos gasosos. A pressão também pode ser modificada mantendo-se o mesmo volume e adicionando-se um outro gás. Se esse gás não pode reagir com qualquer dos gases já presentes (isto é, se o gás adicionado é inerte para as substâncias em equilíbrio), as concentrações dos reagentes e dos produtos não mudarão. As concentrações continuarão para satisfazer a lei de equilíbrio e os quocientes 20 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com de reação continuarão iguais a KC, e então não haverá mudança na posição de equilíbrio. RESUMO GERAL Perturbação Externa Deslocamento do Equilíbrio Alteração de Kc e Kp Adição de um participante No sentido oposto do participante Não Retirada de um participante No sentido do participante Não Aumento da pressão No sentido do menor número de mols gasosos Não Diminuição da pressão No sentido do maior número de mols gasosos Não Aumento da temperatura No sentido endotérmico Sim Diminuição da temperatura No sentido exotérmico Sim Adição do catalisador Não Não Aplicação do Princípio de Le Châtelier Exemplo 5 A reação N2O4(g) 2NO(g) é endotérmica, com Hº = +56,9 kJ. Como a quantidade de NO2 em equilíbrio será afetada pela (a) adição de N,04, (b) diminuição da pressão pelo aumento do volume do recipiente, (c) elevação da temperatura, e (d) adição de um catalisador ao sistema? Quais dessas mudanças alterarão o valor de Kc? Solução: (a) A adição de N2O4 provocará a transferência do equilíbrio para a direita - em um sentido que consumirá algum N2O4 adicionado. A quantidade de NO2 aumentará. (b) Quando a pressão no sistema decai, o sistema responde produzindo mais moléculas de gás, que tenderão a elevar a pressão e parcial- mente contrabalançar a mudança. Visto que mais moléculas de gás são formadas se algum N2O4 se decompõe, a quantidade de NO2 em equilíbrio aumentará. (c) Porque a reação é endotérmica no sentido direto, escrevemos a equação mostrando o calor como um reagente Calor + N2O4(g) 2NO2(g) A elevação de temperatura é efetuada pela adição de calor, de modo que o sistema responda absorvendo calor. Isto significa que o equilíbrio se transferirá para a direita e a quantidade de NO, em equilíbrio aumentará. (d) Um catalisador faz com que uma reação alcance mais rapidamente o equilíbrio, porém não tem efeito sobre a posição de equilíbrio químico. Portanto, a quantidade de NO, em equilíbrio não será afetada. Finalmente, a única mudança que altera K é a mudança de temperatura. Elevando a temperatura (pela adição de calor) aumentará Kc porque a reação direta é endotérmica. 12. Aprofundamento I) Alterações na pressão 21 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com a) Considere a reação: 2NO2(g) N2O4(g) 2 4 2 4 2 4 2 4 2 22 2 N O 2 N O N O N O c 2 22 NO NONO NO n [ ] n V nV k .V [ ] V nn n V Assim temos: 1) pressãovolume(V), para que Kc não se altere: 2 4 2 N O 2 NO n n , assim o equilíbrio se desloca para a direita, para o lado do menor número de mols gasosos; 2) pressãovolume(V), para que Kc não se altere: 2 4 2 N O 2 NO n n , assim o equilíbrio se desloca para a esquerda, para o lado do maior número de mols gasosos; b) Considere a reação: H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g) 2 2 2.. 2 2.. 2 2 HCl 2 22 2HCl HCl c 2 H Cl2 2 H Cl H Cl n n n[HCl] VV k . n n[H ][Cl ] n n n nV V V Assim temos: Alterações na pressão total, com consequentes alterações no volume do sistema não deslocam o equilíbrio químico, pois a constante de equilíbrio não é escrita em função do volume (V). Alterações na pressão total, por alterações no volume do sistema não deslocam o equilíbrio químico quando os números de mols gasosos dos reagentes e dos produtos são iguais. II) Introdução de um gás inerte A introdução de um gás inerte aumenta a pressão total do sistema, mas não altera as pressões parciais dos gases participantes do equilíbrio, assim o equilíbrio químico não se desloca; Considere o equilíbrio: 2NO2(g) N2O4(g) Considere que gás argônio (Ar(g)) seja introduzido no sistema em equilíbrio; Ocorre um aumento da pressão total, pois: Antes da adição do argônio: Ptotal = P NO2(g) + P N2O4(g) 22 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com Depois da adição do argônio: Ptotal = P NO2(g) + P N2O4(g) + P Ar(g) As frações molares dos gases participantes do equilíbrio diminuem, pois ocorre um aumento do número de mol total do sistema: 2 2 . NO NO total n X n 2 4 2 4 . N O N O total n X n Consequentemente as pressões parciais de cada gás que participa do equilíbrio não se alteram: 2 2.NO NO totalP X P 2 4 2 4.N O N O totalP X P Se não ocorrem alterações nas pressões parciais dos gases participantes do equilíbrio, alterações na pressão total não deslocam o equilíbrio químico; IV) Equação de Van’t Hoff Relação entre ∆G° e a constante de equilíbrio Keq eq eq / eq ΔG = ΔG° + RT Ln Q 0 = ΔG° + RT Ln K ΔG° = - RT Ln K K = G RTe eq eq eq K > 1 ΔG° < 0 K < 1 ΔG° > 0 K =1 ΔG° = 0 23 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com EQUILIBRIO QUÍMICO Exercícios de Aprendizagem 1) (Ufrgs) A constante de equilíbrio da reação CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g) tem o valor de 14,5 a 500 K. As concentrações de metanol e de monóxido de carbono foram medidas nesta temperatura em condições de equilíbrio, encontrando-se, respectivamente, 0,145 mol.L-1 e 1 mol.L-1. Com base nesses dados, é correto afirmar que a concentração de hidrogênio, em mol.L-1, deverá ser a) 0,01. b) 0,1. c) 1. d) 1,45. e) 14,5. 2) (Ime) Dada a reação química abaixo, que ocorre na ausência de catalisadores, 2 2H O g C s 31,4 kcal CO g H g pode-se afirmar que: a) o denominador da expressão da constante de equilíbrio é 2H O C . b) se for adicionado mais monóxido de carbono ao meio reacional, o equilíbrio se desloca para a direita. c) o aumento da temperatura da reação favorece a formação dos produtos. d) se fossem adicionados catalisadores, o equilíbrio iria se alterar tendo em vista uma maior formaçãode produtos. e) o valor da constante de equilíbrio é independente da temperatura. 3) (Mackenzie) Sob condições adequadas de temperatura e pressão, ocorre a formação do gás amônia. Assim, em um recipiente de capacidade igual a 10 L, foram colocados 5 mol de gás hidrogênio junto com 2 mol de gás nitrogênio. Ao ser atingido o equilíbrio químico, verificou-se que a concentração do gás amônia produzido era de 0,3 mol/L. Dessa forma, o valor da constante de equilíbrio (KC) é igual a a) 41,80 10 b) 23,00 10 c) 16,00 10 d) 13,60 10 e) 41,44 10 4 (Fatec) A produção de alimentos para a população mundial necessita de quantidades de fertilizantes em grande escala, sendo que muitos deles se podem obter a partir do amoníaco. Fritz Haber (1868-1934), na procura de soluções para a otimização do processo, descobre o efeito do ferro como catalisador, baixando a energia de ativação da reação. Carl Bosch (1874-1940), engenheiro químico e colega de Haber, trabalhando nos limites da tecnologia no início do século XX, desenha o processo industrial catalítico de altas pressões e altas temperaturas, ainda hoje utilizado como único meio de produção de amoníaco e conhecido por processo de Haber-Bosch. Controlar as condições que afetam os diferentes equilíbrios que constituem o processo de formação destes e de outros produtos, otimizando a sua rentabilidade, é um dos objetivos da Ciência/Química e da Tecnologia para o desenvolvimento da sociedade. (nautilus.fis.uc.pt/spf/DTE/pdfs/fisica_quimica_a_11_h omol.pdf Acesso em: 28.09.2012.) Considere a reação de formação da amônia 2 2 3N g 3H g 2NH g e o gráfico, que mostra a influência conjunta da pressão e da temperatura no seu rendimento. A análise do gráfico permite concluir, corretamente, que a) a reação de formação da amônia é endotérmica. b) o rendimento da reação, a 300 atm, é maior a 600°C. c) a constante de equilíbrio ( cK ) não depende da temperatura. d) a constante de equilíbrio ( cK ) é maior a 400°C do que a 500°C. e) a reação de formação da amônia é favorecida pela diminuição da pressão. 5) (Pucmg) Considere o equilíbrio químico a seguir: 24 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com NOCØ(g) Ï NO(g) + 1/2CØ‚(g) Num reator fechado, estão presentes no equilíbrio 0,5 mol de NOCØ, 0,35 mol de NO e 0,20 mol de CØ‚. À temperatura constante, adiciona-se 0,05 mol de NOCØ. É CORRETO afirmar que as concentrações das espécies presentes no novo equilíbrio em relação ao equilíbrio anterior: a) não mudaram. b) são superiores para NOCØ, superiores para NO e superiores para CØ‚. c) são inferiores para NOCØ, superiores para NO e superiores para CØ‚. d) são inferiores para NOCØ, inferiores para NO e inferiores para CØ‚. 6. (Uespi) Um exemplo do impacto humano sobre o meio ambiente é o efeito da chuva ácida sobre a biodiversidade dos seres vivos. Os principais poluentes são ácidos fortes que provêm das atividades humanas. O nitrogênio e o oxigênio da atmosfera podem reagir para formar NO, mas a reação, mostrada abaixo, endotérmica, é espontânea somente a altas temperaturas, como nos motores de combustão interna dos automóveis e centrais elétricas: N2(g) + O2(g) 2 NO(g) Sabendo que as concentrações de N2 e O2 no equilíbrio acima, a 800 ºC, são iguais a 0,10 mol L−1 para ambos, calcule a concentração molar de NO no equilíbrio se K = 4,0 x 10−20 a 800 ºC. a) 6,0 x 10−7 b) 5,0 x 10−8 c) 4,0 x 10−9 d) 3,0 x 10−10 e) 2,0 x 10−11 7) (Unifesp) O monóxido de nitrogênio é um dos poluentes atmosféricos lançados no ar pelos veículos com motores mal regulados. No cilindro de um motor de explosão interna de alta compressão, a temperatura durante a combustão do combustível com excesso de ar é da ordem de 2400 K e os gases de descarga estão ao redor de 1200 K. O gráfico representa a variação da constante de equilíbrio (escala logarítmica) em função da temperatura, para a reação de formação do NO, dada por 1/2 N‚(g) + 1/2 O‚(g) Ï NO(g) Considere as seguintes afirmações: I. Um catalisador adequado deslocará o equilíbrio da reação no sentido da conversão do NO em N‚ e O‚. II. O aumento da pressão favorece a formação do NO. III. A 2400 K há maior quantidade de NO do que a 1200 K. IV. A reação de formação do NO é endotérmica. São corretas as afirmações contidas somente em a) I, II e III. b) II, III e IV. c) I e III. d) II e IV. e) III e IV 8. (Mackenzie) O equilíbrio químico estabelecido a partir da decomposição do gás amônia, ocorrida em condições de temperatura e pressão adequadas, é representado pela equação química 3(g) 2(g) 2(g)2NH N 3H . Considerando que, no início, foram adicionados 10 mol de gás amônia em um recipiente de 2 litros de volume e que, no equilíbrio, havia 5 mol desse mesmo gás, é correto afirmar que a) ao ser estabelecido o equilíbrio, a concentração do gás N2 será de 1,25 mol/L. b) foram formados, até ser estabelecido o equilíbrio, 15 mol de H2(g). c) a concentração do gás amônia no equilíbrio será de 5 mol/L. d) haverá, no equilíbrio, maior quantidade em mols de gás amônia do que do gás hidrogênio. e) a concentração do gás hidrogênio no equilíbrio é 2,5 mol/L. 9) Um frasco a 25ºC foi preenchido, exclusivamente, com tetróxido de dinitrogênio (N2O4) ficando com pressão total de 3atm. Nessas condições, o N2O4 se desproporciona formando o dióxido de nitrogênio (NO2), segundo a equação 25 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com N2O4(g) Ï 2NO2(g) Mantida a temperatura, após atingido o equilíbrio do sistema verifica-se que a pressão parcial do N2O4 é de 2,25atm. A pressão parcial do NO2 após atingido o equilíbrio e a constante de equilíbrio de desproporcionamento do N2O4 em função das pressões parciais (KP), são, respectivamente, a) 1,5 atm e 1. b) 0,75 atm e 0,33. c) 0,75 atm e 0,25 d) 1,5 atm e 0,67 e) 0,75 atm e 3. 10) (Unesp) O equilíbrio gasoso N2O4 Ï 2 NO2 apresenta, a uma dada temperatura, constante de equilíbrio Kc=2. Nesta temperatura foram feitas duas misturas diferentes, A e B, cada uma acondicionada em recipiente fechado, isolado e distinto. As condições iniciais estão mostradas na tabela seguir: a) Efetue os cálculos necessários e conclua se a mistura A se encontra ou não em situação de equilíbrio b) Efetue os cálculos necessários e conclua se a mistura B se encontra ou não em situação de equilíbrio. 11) (Ufes) A constante de equilíbrio KÝ é igual a 10,50 para a seguinte reação, a 227 °C: CO(g) + 2 H‚(g) Ï CHƒOH(g) O valor de KÝ para a reação abaixo, na mesma temperatura, é 2CO(g) + 4 H‚(g) Ï 2 CHƒOH(g) a) 3,25 b) 5,25 c) 10,50 d) 21,00 e) 110,25 12) (Uff) Em um recipiente de aço inox com capacidade de 1,0 L foram colocados 0,500 mol de H‚ e 0,500 mol de I‚. A mistura alcança o equilíbrio quando a temperatura atinge 430°C. Calcule as concentrações de H‚, I‚ e HI na situação de equilíbrio, sabendo-se que KÝ para a reação H‚(g) + I‚(g) Ï 2HI(g) é igual a 49,0 na temperatura dada. 13) (Fuvest ) Cobalto pode ser obtido a partir de seu óxido, por redução com hidrogênio ou com monóxido de carbono. São dadas as equações representativas dos equilíbrios e suas respectivas constantes a 550°C. I. CoO(s) + H‚(g) Ï Co(s) + H‚O(g) K� = 67 II. CoO(s) + CO(g) Ï Co(s) + CO‚(g) K‚ = 490 a) Mostre como se pode obter a constante (Kƒ) do equilíbrio representado por permanece praticamente inalterada. CO(g) + H‚O(g) Ï CO‚(g) + H‚(g) a 550°C, a partir das constantes dos equilíbrios I e II. b) Um dos processos industriais de obtenção de hidrogênio está representado no item a. A 550°C, a reação, no sentido daformação de hidrogênio, é exotérmica. Para este processo, discuta a influência de cada um dos seguintes fatores: - aumento de temperatura. - uso de catalisador. - variação da pressão. 14. (Ufrj) A reação entre um ácido carboxílico e um álcool é chamada de esterificação e pode ser genericamente representada pela equação a seguir: RCOOH(Ø) + R'OH(Ø) Ï RCOOR'(Ø) + H‚O(Ø) a) Explique porque a adição de um agente desidratante aumenta a formação de éster. b) Em um recipiente de 1 litro, foram adicionados 1mol de ácido e 1mol de álcool. Sabendo que nestas condições KÝ=4, calcule a concentração de éster no equilíbrio. c) Se R é o radical propil e R' é o radical isopropil, dê o nome do éster formado. 26 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com EQUILIBRIO QUÍMICO Exercícios de Fixação 1. (Uern 2015) Considerando o seguinte equilíbrio químico: 2 2(s) (aq) (aq)Mg(OH) Mg 2OH H 40kJ / mol, marque (V) para as afirmativas verdadeiras e (F) para as falsas. ( ) Trata-se de um equilíbrio heterogêneo. ( ) Se aumentar a concentração de hidróxido de magnésio, o equilíbrio será deslocado para direita. ( ) Aumentando a pressão do sistema, o equilíbrio será deslocado para a esquerda. ( ) Aumentando a concentração de íons magnésio, a reação será deslocada para a direita. ( ) Diminuindo a temperatura do sistema, a reação será deslocada para a direita. A sequência está correta em a) F, V, F, V, F. b) V, F, F, V, V. c) V, V, V, F, F. d) V, F, F, F, V. 2 (Puc-rio) Na crise energética, a produção de gás natural (metano) tem sido bastante incentivada. Além de combustível, o metano tem outras aplicações industriais, entre elas, a produção de hidrogênio com base na seguinte reação: CH„ (g) + H‚O (g) Ï CO (g) + 3 H‚ (g) ÐH¡ = + 216,9 kJ/mol a) A reação absorve ou desprende calor? Justifique. b) Escreva a equação que representa a constante de equilíbrio para essa reação. c) Em que direção a reação se deslocará se, após o equilíbrio estabelecido, ocorrer uma falha de processo e a pressão de H‚O (g) diminuir? Justifique sua resposta. 3. (Cefet MG 2015) O gráfico a seguir apresenta as variações das concentrações de três substâncias (A, B e C) durante uma reação química monitorada por 10 minutos. A equação química que representa estequiometricamente essa reação, é a) 2A B 3C b) 2A 3C B c) 2B 2C A d) 3B C 2A e) 6C 4A 2B 4. (Ufscar) O óxido nítrico, NO, é um importante intermediário na fabricação do ácido nítrico pelo processo Ostwald. É produzido na atmosfera por fenômenos naturais, como relâmpagos, sendo também liberado em decorrência de atividades humanas, tornando-se um dos responsáveis pela formação da chuva ácida. A reação de formação de NO é representada pela equação: N‚ (g) + O‚ (g) Ï 2 NO(g) ÐH¡ = + 180 kJ a) Neste sistema em equilíbrio a 25°C, num recipiente de 10 L, existem 0,10 mol de N‚ e 0,02 mol de O‚. Se a constante de equilíbrio Kc a 25°C é igual a 4,5 . 10-¤¢, qual será a concentração em mol/L de NO no equilíbrio, nesta temperatura? b) O que se verifica com o equilíbrio e a constante de equilíbrio, quando a temperatura do sistema é aumentada? Justifique. 5. (Ufu) A amônia (NHƒ) pode ser obtida industrialmente pelo processo Haber-Bosh, que envolve altas temperaturas, elevadas pressões, e presença de Fe como catalisador. A reação envolvida é N‚(g) + 3H‚(g) Ï 2NHƒ(g) ÐH= -92,4 kJ.mol-¢ Sabendo-se que a constante de equilíbrio, Kc, da reação acima vale 0,5 e 0,014 a 460°C e 750°C, respectivamente, pede-se: a) Escreva a expressão da constante de equilíbrio, Kc, da reação e explique por que Kc diminui com o aumento 27 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com da temperatura. b) Explique por que a síntese industrial de NHƒ necessita de altas temperaturas e da presença de catalisador. 6. (Unesp) O hidrogênio pode ser obtido do metano, de acordo com a equação química em equilíbrio: CH„(g) + H‚O(g) Ï CO(g) + 3H‚(g) A constante de equilíbrio dessa reação é igual a 0,20 a 900K. Numa mistura dos gases em equilíbrio a 900K, as pressões parciais de CH„(g) e de H‚O(g) são ambas iguais a 0,40atm e a pressão parcial de H‚(g) é de 0,30atm. a) Escreva a expressão da constante de equilíbrio. b) Calcule a pressão parcial de CO(g) no equilíbrio. 7. (Cefet MG 2014) Observe os dados referentes à reação reversível entre os compostos A e B. (g) (g) eqA B K 1,5 No equilíbrio, a conversão de A em B, comparada à reação inversa a) possui velocidade maior. b) é acelerada pelo uso do catalisador. c) envolve menor variação de entalpia. d) apresenta maior energia de ativação. e) é favorecida pelo aumento da pressão. 8. (Uepg 2014) O bicarbonato de sódio sólido é usado como fermento químico porque se decompõe termicamente, formando gás carbônico, de acordo com a reação representada pela equação química abaixo. Sobre essa reação, assinale o que for correto. 1 2 V 3(s) 2 3(s) 2(g) 2 (g) V 2NaHCO Na CO CO H O H 0Δ 01) A expressão para a constante de equilíbrio, expressa em termos de concentração, é c 2 2K [CO ] [H O]. 02) O aumento de temperatura desloca o equilíbrio para a direita, isto é, no sentido de 1V . 04) O aumento de pressão desloca o equilíbrio para a direita, isto é, no sentido de 1V . 08) A adição de gás carbônico desloca o equilíbrio para a direita, isto é, no sentido de 1V . 16) Se as pressões parciais do 2CO e da 2H O forem, respectivamente, 0,5 e 0,5 atm, o valor da constante de equilíbrio, expressa em termos de pressões parciais p(K ), será 1. 9. (Fuvest) Em determinado processo industrial, ocorre uma transformação química, que pode ser representada pela equação genérica xA(g) + yB(g) Ï zC(g) em que x, y e z são, respectivamente, os coeficientes estequiométricos das substâncias A, B e C. O gráfico representa a porcentagem, em mols, de C na mistura, sob várias condições de pressão e temperatura. Com base nesses dados, pode-se afirmar que essa reação é a) exotérmica, sendo x + y = z b) endotérmica, sendo x + y < z c) exotérmica, sendo x + y > z d) endotérmica, sendo x + y = z e) endotérmica, sendo x + y > z 10. (Enem 2011) Os refrigerantes têm-se tornado cada vez mais o alvo de políticas públicas de saúde. Os de cola apresentam ácido fosfórico, substância prejudicial à fixação 28 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com de cálcio, o mineral que é o principal componente da matriz dos dentes. A cárie é um processo dinâmico de desequilíbrio do processo de desmineralização dentária, perda de minerais em razão da acidez. Sabe-se que o principal componente do esmalte do dente é um sal denominado hidroxiapatita. O refrigerante, pela presença da sacarose, faz decrescer o pH do biofilme (placa bacteriana), provocando a desmineralização do esmalte dentário. Os mecanismos de defesa salivar levam de 20 a 30 minutos para normalizar o nível do pH, remineralizando o dente. A equação química seguinte representa esse processo: GROISMAN, S. Impacto do refrigerante nos dentes é avaliado sem tirá-lo da dieta. Disponível em: http://www.isaude.net. Acesso em: 1 maio 2010 (adaptado). Considerando que uma pessoa consuma refrigerantes diariamente, poderá ocorrer um processo de desmineralização dentária, devido ao aumento da concentração de a) OH , que reage com os íons 2Ca , deslocando o equilíbrio para a direita. b) H , que reage com as hidroxilas OH , deslocando o equilíbrio para a direita. c) OH , quereage com os íons 2Ca , deslocando o equilíbrio para a esquerda. d) H , que reage com as hidroxilas OH , deslocando o equilíbrio para a esquerda. e) 2Ca , que reage com as hidroxilas OH , deslocando o equilíbrio para a esquerda. 11. (Pucmg 2015) Considere o equilíbrio químico: A 2B C 2D e as seguintes concentrações iniciais: 1[A] / mo L 1[B] / mo L 1[C] / mo L 1[D] / mo L 1 1 0 0 A 25 C, para 1litro de reagente, o equilíbrio foi atingido quando 0,5 mo do reagente B foi consumido. Assinale o valor da constante de equilíbrio da reação. a) 3 b) 4 c) 1/ 4 d) 1/ 3 12. (Fatec) Para o seguinte equilíbrio gasoso CO(g) + 3H‚(g) Ï CH„(g) + H‚O(g) foram determinadas as constantes de equilíbrio (Kc) em diferentes temperaturas. Os dados obtidos estão na tabela adiante: Sobre esse equilíbrio, foram feitas as seguintes afirmações: I. A reação, considerada no sentido da formação do metano (CH„), é endotérmica. II. O aumento da temperatura do sistema favorece a formação de gás hidrogênio (H‚). III. O aumento da pressão sobre o sistema não provoca o deslocamento desse equilíbrio. Dessas afirmações, somente a) I é correta. b) II é correta. c) III é correta. d) I e II são corretas. e) I e III são corretas. 13. (Fatec) O gráfico a seguir mostra como varia a constante de equilíbrio (KÝ) em função da temperatura para a reação de síntese da amônia. A respeito dessa transformação química, as seguintes afirmações foram feitas: I - a diminuição da temperatura aumenta o rendimento da reação; II - a elevação da temperatura diminui a velocidade da 29 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com reação; III - a reação de síntese da amônia é exotérmica; IV - a elevação da temperatura favorece o consumo de N‚ e H‚. Dessas afirmações, são corretas apenas a) I e II. b) I e III. c) III e IV. d) II e III. e) II e IV. 14. (Enem 2015) Vários ácidos são utilizados em indústrias que descartam seus efluentes nos corpos d'água, como rios e lagos, podendo afetar o equilíbrio ambiental. Para neutralizar a acidez, o sal carbonato de cálcio pode ser adicionado ao efluente, em quantidades apropriadas, pois produz bicarbonato, que neutraliza a água. As equações envolvidas no processo são apresentadas: I. 2 3(s) 2(g) 2 ( ) (aq) 3(aq)CaCO CO H O Ca 2 HCO II. 2 3(aq) (aq) 3(aq)HCO H CO 11 1K 3,0 10 III. 2 2 3(s) (aq) 3(aq)CaCO Ca CO 9 2K 6,0 10 IV. 2(g) 2 ( ) (aq) 3(aq)CO H O H HCO 7 3K 2,5 10 Com base nos valores das constantes de equilíbrio das reações II, III e IV a 25 C, qual é o valor numérico da constante de equilíbrio da reação I? a) 264,5 10 b) 55,0 10 c) 90,8 10 d) 50,2 10 e) 262,2 10 15. (Udesc 2014) Para a reação em equilíbrio 2(g) 2(g) 3(g)N 3 H 2 NH H 22 kcal;Δ assinale a alternativa que não poderia ser tomada para aumentar o rendimento do produto. a) Aumentar a concentração de H2 b) Aumentar a pressão c) Aumentar a concentração de N2 d) Aumentar a temperatura e) Diminuir a concentração de NH3 16. (Ufrgs 2014) Abaixo estão mostradas duas reações em fase gasosa, com suas respectivas constantes de equilíbrio. 2 2 2 4 2 2 CO(g) H O(g) CO (g) H (g) K 0,23 CH (g) H O(g) CO(g) 3H (g) K 0,20 Pode-se concluir que, nessas mesmas condições, a constante de equilíbrio para a reação 4 2 2 2CH (g) 2H O(g) CO (g) 4H (g) é de a) 0,030. b) 0,046. c) 0,230 d) 0,430. e) 1,150. 17. (Fuvest) A reação de esterificação do ácido etanóico com etanol apresenta constante de equilíbrio igual a 4, à temperatura ambiente. Adiante estão indicadas cinco situações, dentre as quais apenas uma é compatível com a reação, considerando-se que a composição final é a de equilíbrio. Qual alternativa representa, nessa temperatura, a reação de esterificação citada? 18. (Puc-rio) Considere a equação abaixo, Kp = 1 a 4300 K. 2 H‚O(g) Ì 2 H‚(g) + O‚(g) Com relação a essa equação, assinale a opção que apresenta a afirmativa correta. a) O sistema está em equilíbrio quando as pH‚O(g) = pH‚(g) = pO‚(g) = 2 a 4300 K. b) O sistema está em equilíbrio quando as pH‚O (g) = pH‚(g) = pO‚(g) = 1 a 4300K. c) Se a pH‚O(g) diminuir em decorrência do deslocamento do equilíbrio para a direita, o volume do sistema diminui. 30 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com d) A adição de O‚ (g) ocasiona a diminuição do pH‚O. e) Dobrando a pH‚O (g), Kp = 2 a 4300 K. 19. (Puc-rio) Considere o equilíbrio entre os íons cromato (CrO„£) e dicromato (Cr‚O‡£) em solução aquosa, descrito a seguir. Cr‚O‡£(aq) + H‚O(Ø) Ï 2H®(aq) + 2CrO„£(aq) Assinale a alternativa INCORRETA. a) O número de oxidação do cromo nos íons cromato e dicromato é o mesmo e igual a 6+. b) Ao se diminuir o pH da solução, o equilíbrio se desloca favorecendo a formação de íon cromato. c) A expressão da constante de equilíbrio para esta reação é K = ([H®]£ × [CrO„£]£)/[Cr‚O‡£]. d) Ao se elevar a temperatura da solução, o valor da constante de equilíbrio se alterará. e) O cromo é um metal de transição. 20. (Puccamp) Uma mistura equimolar de nitrogênio (N‚) e oxigênio (O‚) aquecida a 2000°C reage numa extensão de 1% (em mol) para formar óxido nítrico N‚(g) + O‚(g) Ï 2NO(g). Nessa temperatura, o valor da constante desse equilíbrio é, aproximadamente, a) 4 × 10-¥ b) 4 × 10-£ c) 4 d) 4 × 10®£ e) 4 × 10®¥ 21. (Acafe 2015) Dado o equilíbrio químico abaixo e baseado nos conceitos químicos é correto afirmar, exceto: 2(g) 2(g) 3(g) 2 (g)2NO 7H 2NH 4H O H 0 a) A presença de um catalisador altera a constante de equilíbrio. b) Adicionando 2H o equilíbrio é deslocado para a direita. c) Diminuindo a pressão do sistema o equilíbrio é deslocado para a esquerda. d) Diminuindo a temperatura do sistema o equilíbrio é deslocado para a esquerda. 22. (Uepa 2014) O Ácido oxálico é um ácido dicarboxílico tóxico e presente em plantas, como espinafre e azedinhas. Embora a ingestão de ácido oxálico puro seja fatal, seu teor na maioria das plantas comestíveis é muito baixo para apresentar um risco sério. É um bom removedor de manchas e ferrugem, sendo usado em várias preparações comerciais de limpeza. Além disso, a grande maioria dos cálculos renais são constituídos pelo oxalato de cálcio monohidratado, um sal de baixa solubilidade derivado deste ácido. Levando em consideração a reação abaixo, assinale a alternativa correta: 2 2 2 4(s) 2 ( ) 2 4(aq) 3 (aq) cC H O H O C HO H O K 6 10 a) a cK da reação: 2 4(aq) 3 (aq) 2 2 4(s) 2 ( )C HO H O C H O H O é: 16,66. b) a cK da reação: 2 4(aq) 3 (aq) 2 2 4(s) 2 ( )C HO H O C H O H O é: 26 10 . c) se a concentração da solução for multiplicada por 2, qual o valor do 2 1K 12 10 . d) o ácido oxálico é um ácido forte. e) a adição de HC à solução não altera o equilíbrio da reação. 23. (Pucsp) Um frasco a 25°C foi preenchido, exclusivamente, com tetróxido de dinitrogênio (N‚O„) ficando com pressão total de 3 atm. Nessas condições, o N‚O„ se desproporciona formando o dióxido de nitrogênio (NO‚), segundo a equação N‚O„(g) Ï 2 NO‚(g) Mantida a temperatura, após atingido o equilíbrio do sistema verifica-se que a pressão parcial do N‚O„ é de 2,25 atm. A pressão parcial do NO‚ após atingido o equilíbrio e a constante de equilíbrio de desproporcionamento do N‚O„ em função das pressões parciais (Kp), são, respectivamente, a) 1,5 atm e 1. b) 0,75 atm e 0,33. c) 0,75 atm e0,25. d) 1,5 atm e 0,67. e) 0,75 atm e 3. 24. (Uepg 2015) O diagrama de entalpia abaixo fornece informações sobre uma reação química reversível. Considerando que o sistema está em equilíbrio, assinale o que for correto. 31 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com 01) Esta é uma reação exotérmica, pois a entalpia dos produtos é menor que a dos reagentes. 02) A curva de maior energia de ativação (Ea) se refere à reação catalisada. 04) Um aumento na temperatura do sistema não favoreceria essa reação porque o equilíbrio seria deslocado no sentido dos reagentes. 08) A adição dos reagentes A ou B provocaria um deslocamento do equilíbrio para a direita e a formação de maior quantidade de C. 16) Se houver uma diminuição na pressão do sistema, o equilíbrio será deslocado no sentido dos produtos. 25. (Mackenzie 2014) Considere o processo representado pela transformação reversível equacionada abaixo. 2(g) 2(g) (g)A B 2 AB H 0Δ Inicialmente, foram colocados em um frasco com volume de 10 L, 1 mol de cada um dos reagentes. Após atingir o equilíbrio, a uma determinada temperatura T, verificou-se experimentalmente que a concentração da espécie AB(g) era de 0,10 mol/L. São feitas as seguintes afirmações, a respeito do processo acima descrito. I. A constante KC para esse processo, calculada a uma dada temperatura T, é 4. II. A concentração da espécie A2(g) no equilíbrio é de 0,05 mol/L. III. Um aumento de temperatura faria com que o equilíbrio do processo fosse deslocado no sentido da reação direta. Assim, pode-se confirmar que a) é correta somente a afirmação I. b) são corretas somente as afirmações I e II. c) são corretas somente as afirmações I e III. d) são corretas somente as afirmações II e III. e) são corretas as afirmações I, II e III. 26. (Uem 2015) Assinale o que for correto. 01) O valor da constante de equilíbrio para uma reação, em uma dada temperatura, não depende das concentrações iniciais de reagentes e de produtos. 02) Aquecendo-se 1mol de trióxido de enxofre em um recipiente fechado com capacidade de 5 litros, observou-se que esta substância apresentava-se 60% dissociada após o sistema ter atingido o equilíbrio. Utilizando-se dessas informações, infere-se que o grau de equilíbrio é 0,6. 04) Considere a seguinte reação balanceada: 2(g) 2(g) 3(g)2 SO 1O 2 SO , a qual apresenta uma constante de equilíbrio igual a 259,9 10 . A partir do valor da constante de equilíbrio é possível afirmar que na situação de equilíbrio químico, há muito mais reagente do que produto. 08) A função de um catalisador é atuar diminuindo a energia de ativação de uma dada reação. A diminuição dessa energia de ativação significa que o equilíbrio da reação se desloca para a maior formação de produtos. 16) Para a reação abaixo é necessário trabalhar em temperaturas elevadas para que haja uma grande produção de alumina. (s) 2 2 3(s)4A 3 O 2A O H 3344 kJ. 27. (Ufc) A reação do monóxido de carbono (CO) com o óxido nítrico (NO), produzindo dióxido de carbono (CO‚) e nitrogênio molecular (N‚) é representada pelo equilíbrio a seguir: CO(g) + NO(g) Ï CO‚(g) + 1/2 N‚ (g); Kc ¸ 10§¡, à 25°C e 1 atm. Tal processo químico é termodinamicamente favorável, conforme indicado pelo valor da constante de equilíbrio (Kc). Contudo, na prática, observa-se que a formação de CO‚(g) e N‚(g), por este processo, ocorre de forma tão lenta que o mesmo não se constitui em um método prático de remoção de CO e NO da atmosfera. Assinale a alternativa correta. a) A velocidade da reação de formação de CO‚(g) e N‚(g) é lenta devido ao elevado valor de Kc. b) A velocidade da reação de formação de CO‚(g) e N‚(g) poderá ser elevada através da redução das concentrações iniciais de CO(g) e NO(g). c) Pode-se elevar a velocidade da reação de formação de CO‚(g) e N‚(g), reduzindo-se somente a concentração inicial de CO. d) O valor de Kc indica que, no equilíbrio, a velocidade da reação no sentido do consumo de CO‚(g) e N‚(g) é 60 vezes maior do que da formação destes. e) O elevado valor de Kc não necessariamente está 32 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com relacionado à estabilidade cinética do sistema. 28. (Ufc) A aplicação do princípio de Le Chatelier possibilita o controle da direção e da extensão de uma determinada reação química. Um exemplo típico é o equilíbrio entre as formas cor de rosa e azul dos íons cobalto. Assinale a alternativa que apresenta uma ação sobre o sistema, que favorece a formação da solução de cor azul. a) Diminuição da concentração de CØ-. b) Diminuição da temperatura. c) Diluição da solução. d) Aumento da concentração de água. e) Adição de cloreto de sódio aquoso. 29. (Ufc) Uma das reações que podem ocorrer em uma atmosfera poluída é representada pelo equilíbrio químico a seguir: 2NO(g) + O‚(g) Ï 2NO‚(g) ÐH > 0 Considerando tratar-se de uma reação simples e elementar, analise as afirmativas a seguir e marque a alternativa correta. a) A ordem total da reação é 2. b) Aumentando-se a pressão do sistema, não se altera a posição do equilíbrio. c) Aumentando-se a temperatura do sistema, o equilíbrio desloca-se para a esquerda. d) A reação é de terceira ordem, com relação ao NO, e de primeira ordem, com relação ao O‚. e) A reação é de segunda ordem, com relação ao NO, e de primeira ordem, com relação ao O‚. 30. (Uepg 2015) Considerando a equação em equilíbrio, de síntese do 3SO 2(g) 2(g) 3(g)2SO O SO As constantes de equilíbrio, Kc, para essa reação em diferentes temperaturas são as seguintes: Kc Temperatura (K) 100 1000 2 1200 Com base nessa equação e os fatores que podem afetar o seu equilíbrio, assinale o que for correto. 01) Para melhorar o rendimento dessa reação pode-se diminuir a concentração de 2(g)SO ou de 2(g)O . 02) Para que essa reação atinja o equilíbrio mais rapidamente, pode-se aumentar a concentração de 2(g)SO ou de 2(g)O . 04) Para melhorar o rendimento dessa reação pode-se aumentar o volume do recipiente em que a reação ocorre e, desta forma, diminuir a pressão. 08) A síntese do 3SO é uma reação exotérmica. 16) Para melhorar o rendimento dessa reação deve-se abaixar a temperatura. 31. (Uff) O álcool metílico (metanol) pode ser preparado, comercialmente, por meio da reação: Este composto é utilizado em carros da Fórmula Indy como combustível e, às vezes, por pessoas inescrupulosas, em bebidas alcoólicas. Neste último caso o efeito tóxico do metanol provoca problemas no sistema nervoso, nervos ópticos e retina. Os sintomas de intoxicação são violentos e aparecem entre nove e trinta e seis horas após sua ingestão. No organismo, o composto sofre oxidação, originando formaldeído e ácido fórmico, ambos tóxicos. O metanol tem ação cumulativa, pois é eliminado muito lentamente. Em condições de equilíbrio, à temperatura de 487,8K, tem-se [H‚]=0,060M, [CO]=0,020M e [CHƒOH]=0,072M. Levando-se em conta estes dados os valores aproximados de Kc e Kp são, respectivamente: a) 1000 M-£ e 0,625 atm-£ b) 3000 M-£ e 1,875 atm-£ c) 1000 M-£ e 40 atm-£ d) 77,16 M-£ e 0,048 atm-£ e) 3000 M-£ e 0,625 atm-£ 33 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com 32. (Uff) Recomenda-se aos fumantes que abandonem o vício, já que, dentre os vários produtos formados pela queima do fumo está o monóxido de carbono. Esse composto não reage com a água, pois se trata de um óxido neutro; porém, reage com a hemoglobina que existe no sangue, impedindo-a de transportar o oxigênio para as várias partesdo organismo. De acordo com a OMS, em ambientes fechados, o monóxido de carbono à concentração de 10% é fatal em dois minutos. "Época", 09/06/2003 (adaptado) O equilíbrio se estabelece com base na reação HmO‚(aq) + CO(g) Ï HmCO(aq) + O‚(g) sendo o valor de K = 210. Estima-se que os pulmões de um fumante estejam expostos a uma concentração de CO igual a 2,2 × 10-§ mol/L e de O‚ igual a 8,8 × 10¤ mol/L. Nesse caso, a razão entre a concentração de hemoglobina ligada ao monóxido de carbono [HmCO] e a concentração de hemoglobina ligada ao oxigênio [HmO‚] está contida na opção: a) 5,25 × 10-£ b) 4,00 × 10¤ c) 4,00 × 10-¤ d) 2,50 × 10-£ e) 5,75 × 10-£ 33. (Ufg) Os seguintes gráficos representam variáveis de uma reação química. Os gráficos indicam que a) no instante t•, a velocidade da reação direta é igual a da inversa. b) após t‚, não ocorre reação. c) no instante t•, a reação atingiu o equilíbrio. d) a curva 4 corresponde à velocidade da reação inversa. e) no ponto de intersecção das curvas 3 e 4, a concentração de produtos é igual à de reagentes. 34. (Ufpe) O aumento da concentração de dióxido de carbono na atmosfera tem outras consequências além do efeito estufa. Analisando-se as principais reações envolvidas na formação do esqueleto calcário dos corais (carbonato de cálcio), Ca£®(aq) + COƒ£(aq) Ï CaCOƒ(s) COƒ£(aq) + H‚O(Ø) Ï HCOƒ(aq) + OH(aq) HCOƒ(aq) + H‚O(Ø) Ï H‚COƒ(aq) + OH(aq) H‚COƒ(aq) Ï CO‚(g) + H‚O(Ø) pode-se inferir, a partir do Princípio de Le Chatelier, que o aumento da concentração de dióxido de carbono na atmosfera: a) causará um aumento na formação do esqueleto dos corais. b) causará uma diminuição na formação do esqueleto dos corais. c) não afetará a formação do esqueleto dos corais d) aumentará o pH da água do mar. e) causará um aumento da concentração de íons hidroxila. 35. (Enem 2015) Hipóxia ou mal das alturas consiste na diminuição de oxigênio 2(O ) no sangue arterial do organismo. Por essa razão, muitos atletas apresentam mal- estar (dores de cabeça, tontura, falta de ar etc.) ao praticarem atividade física em altitudes elevadas. Nessas condições, ocorrerá uma diminuição na concentração de hemoglobina oxigenada 2(HbO ) em equilíbrio no sangue, conforme a relação: (aq) 2(aq) 2(aq)Hb O HbO Mal da montanha. Disponível em: www.feng.pucrs.br. Acesso em: 11 fev. 2015 (adaptado). A alteração da concentração de hemoglobina oxigenada no sangue ocorre por causa do(a) a) elevação da pressão arterial. b) aumento da temperatura corporal. c) redução da temperatura do ambiente. d) queda da pressão parcial de oxigênio. e) diminuição da quantidade de hemácias. GABARITO 34 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com Resposta da questão 1: [D] Análise das afirmativas: [V] Trata-se de um equilíbrio heterogêneo, pois as substâncias componentes do equilíbrio se encontram em estados de agregação diferentes. [F] Se aumentar a concentração de hidróxido de magnésio, o equilíbrio não será deslocado para direita, pois este composto encontra-se no estado sólido e sua concentração é constante. [F] Aumentando a pressão do sistema, o equilíbrio não será deslocado, pois não existem componentes gasosos neste equilíbrio. 2 2(s) (aq) (aq)Mg(OH) Mg 2OH 0 vol 0 vol 0 vol 0 vol 0 vol P V k [F] Aumentando a concentração de íons magnésio, a reação será deslocada para a esquerda. 2 2(s) (aq) (aq) desloca para a aumenta esquerda Mg(OH) Mg 2OH [V] Diminuindo a temperatura do sistema, a reação será deslocada para a direita. T exotérmica 2 2(s) (aq) (aq) T endotérmica direta Mg(OH) Mg 2OH H 40kJ / mol 2. a) O sinal positivo indica que a reação é endotérmica, isto é, a entalpia dos produtos é maior que a entalpia dos reagentes. Portanto, a reação absorve calor. b) A constante de equilíbrio K pode ser dada em concentrações ou em pressões parciais. Kc = [H‚]¤.[CO]/[CH„].[H‚O] Kp = p(H‚)¤.p(CO)/p(CH„).p(H‚O) c) Pelo princípio de Lê Chatelier, a reação se desloca no sentido da formação de CH„. T exotérmica 2 2(s) (aq) (aq) T endotérmica direta Mg(OH) Mg 2OH H 40kJ / mol Resposta da questão 3: [D] A partir da análise do gráfico, verifica-se que o equilíbrio químico é atingido a partir de, aproximadamente 5 minutos. Sendo assim se pode obter as concentrações no equilíbrio: gasta (reagente) gasta (reagente) forma (produto) [B] 0,2 0,8 0,6 mol / L [C] 0,6 0,8 0,2 mol / L [A] 0,4 0,0 0,4 mol / L Então: 0,6 : 0,2 : 0,4 Dividindo por 0,2, vem: 0,6 0,2 0,4 : : 0,2 0,2 0,2 3 : 1 : 2 3B 1C 2A Δ Δ Δ 4. a) 3 . 10-¢© mol/L b) O aumento da temperatura deslocará o equilíbrio para a direita, o valor da constante de equilíbrio aumentará com a formação de NO. 5. a) Kc = [NHƒ]£/( [H‚]¤.[N‚] ) b) Porque a produção de NHƒ é um processo exotérmico que é favorecido com a diminuição da temperatura. Portanto, o aumento da temperatura desloca o equilíbrio para esquerda e aumenta as concentrações de H‚ e N‚, o que promove a redução do Kc. 6. a) Kp = P(CO) . [P(H‚)]¤ / P(CH„) . P(H‚O) b) P(CO) = 1,185 atm Resposta da questão 7: [D] [A] Incorreta. Por apresentar maior Eat sua velocidade é menor; 35 www.cursoanualdequimica.com – e-mail: cursodequimica@gmail.com [B] Incorreta. Pois o catalisador aumenta a velocidade em ambos os sentidos; [C] Incorreta. O HΔ é o mesmo para as reações direta e inversa, mudando apenas o sinal. [D] Correta. A Eat A > Eat B. [E] Incorreta. Nesse caso, a proporção estequiométrica da reação é 1:1, sendo assim, o aumento da pressão não influencia no equilíbrio. Resposta da questão 8: 01 + 02 = 03. A expressão para a constante de equilíbrio, expressa em termos de concentração, é c 2 2K [CO ] [H O]. 1 2 V 3(s) 2 3(s) 2(g) 2 (g) V cons tante 2 3(s) 2(g) 2 (g) eq 2 3(s) cons tante c 2(g) 2 (g) 2NaHCO Na CO CO H O [Na CO ][CO ][H O ] K , então [NaHCO ] K [CO ][H O ] O aumento de temperatura desloca o equilíbrio no sentido da reação endotérmica, ou seja, para a direita, isto é, no sentido de 1V . reação endotérmica 3(s) 2 3(s) 2(g) 2 (g) reação exotérmica 2NaHCO Na CO CO H O H 0Δ O aumento de pressão desloca o equilíbrio no sentido do menor número de mols de componentes gasosos, ou seja, para a esquerda, isto é, no sentido de 2V . 1 2 1 2 V 3(s) 2(g) 2 (g) 2 3(s) V 1mol 1mol V V 2NaHCO CO H O Na CO 0 mol (gás) 2 mols (gases) A adição de gás carbônico desloca o equilíbrio para a esquerda, isto é, no sentido de 2V . 2 1 3(s) 2 3(s) 2(g) 2 (g) esquerda V V aumenta 2NaHCO Na CO CO H O Se as pressões parciais do 2CO e da 2H O forem, respectivamente, 0,5 e 0,5 atm, o valor da constante de equilíbrio, expressa em termos de pressões parciais p(K ), será 0,25 atm2. 1 2 2(g) 2 (g) V 3(s) 2 3(s) 2(g) 2 (g) V P CO H O 2 P 2NaHCO Na CO CO H O K p p K 0,5 0,5 0,25 atm 9. [C] Resposta da questão 10: [B] Considerando que uma pessoa consuma refrigerante diariamente, poderá ocorrer um processo de desmineralização dentária, devido ao aumento da concentração de H , que reage com as hidroxilas OH , deslocando o equilíbrio para a direita. 2 5 3 3 mineralização 4v K[Ca ] [PO ] [OH ] Como (aq) (aq) 2 ( )H OH H O , os íons OH são consumidos e a velocidade de mineralização diminui, ou seja, o equilíbrio desloca para a direita.
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