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Equilíbrio químico - exercícios + resolução

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UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE 
Departamento de Físico-Química 
Físico-Química I – Turma 3as e 5as - tarde – Prof. Raphael Cruz 
8a Lista de Exercícios 
 
 
EQUILÍBRIO QUÍMICO 
 
 
Exercício 1. 
 
 Em um frasco de 10 litros de capacidade, previamente esvaziado, admitem-se 80 g de 
pentacloreto de fósforo. Este sistema, aquecido a 300 oC, resultará em mistura gasosa, mediante a 
seguinte dissociação: PCl5(g) = PCl3(g) + Cl2(g). Sabendo que o equilíbrio será alcançado quando a 
pressão no recipiente atingir 2,95 bar e admitindo como constante o volume do recipiente, determinar a 
constante de equilíbrio Kp da reação de dissociação do PCl5. 
Resp.: 1,82. 
 
 
Exercício 2. 
 
 A 700 oC a constante de equilíbrio da reação H2(g) + CO2(g) = CO(g) + H2O(g) é igual a 0,64. 
Quanto valerá o Go da reação, a 700 oC? Quais serão as quantidades do equilíbrio quando a reação se 
iniciar com 1 mol de hidrogênio e 1 mol de dióxido de carbono? Quanto valerá o Go da reação 
quando as quantidades presentes no meio reacional forem 0,7 mol de H2, 0,7 mol de CO2, 0,3 mol de 
CO e 0,3 mol de H2O? Neste ponto a reação ocorrerá espontaneamente? Em que direção será, então, 
espontânea? Tudo a 700 oC. 
Resp.: 3,61x103J; nCO2 = 0,555 mol, nH2 = 0,555 mol, nCO = 0,445 mol, nH2O = 0,445 mol; -10,1x10
3 J; 
Sim; Na direção dos produtos. 
 
 
Exercício 3. 
 
 O tetróxido de nitrogênio dissocia-se segundo a reação: N2O4(g) = 2NO2(g). A 25 
oC e a partir 
de 1 mol de N2O4, em um vaso de 20 litros de capacidade, o equilíbrio desta reação ocorrerá quando a 
pressão no recipiente atingir 1,43 bar. Quais as quantidades dos gases em equilíbrio? Quanto valerá a 
constante de equilíbrio da reação? O que ocorrerá com este equilíbrio após a introdução no recipiente 
de 1 mol de gás inerte (argônio, por exemplo)? 
Resp.: 0,845 mol de N2O4, 0,310 mol de NO2; Kp = 0,153. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Exercício 4. 
 
 Determinar, a 25 oC e também a 
50 oC, as quantidades do seguinte 
equilíbrio: 2NaHCO3(s) = Na2CO3(s) + 
H2O(g) + CO2(g), quando a reação 
ocorrer em um vaso de capacidade 
igual a 20 litros e a partir de 1 mol de 
bicarbonato de sódio. Usar os dados da 
tabela ao lado. 
Resp.: nNa2CO3 = nH2O = nCO2 = 3,83x10
-3 mol, nNaHCO3 = 0,992 mol; nNa2CO3 = nH2O = nCO2 = 0,26 mol, 
nNaHCO3 = 0,74 mol. 
 
 
Exercício 5. 
 
 A tabela ao lado 
contém as entalpias 
padrões de formação, 
as entropias absolutas a 
25 oC e 1 bar e as 
constantes a, b e c da 
forma polinômica Cp = a + bT + cT
2, com Cp em J/mol.K, do hidrogênio, do nitrogênio e do gás 
amoníaco. Determinar a constante de equilíbrio da seguinte reação: N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g), a 25 
oC 
e a 400 oC. 
Resp.: 2,20x10-4. 
 
 
Exercício 6. 
 
 O formaldeído pode ser obtido a partir do metanol mediante as duas seguintes reações 
simultâneas: I) CH3OH(g) = HCHO(g) + H2(g) e II) CH3OH(g) + (1/2)O2(g) = HCHO(g) + H2O(g), 
cujas constantes de equilíbrio, a 800 K, valem, respectivamente, 4,90 e 9,55x1013. Em um recipiente de 
50 litros de capacidade admitem-se 1 mol de metanol e 1 mol de ar atmosférico (0,20 mol de O2 e 0,8 
mol de N2) e mantém-se a temperatura em 800 K. Quais as quantidades do equilíbrio deste sistema? 
Qual o valor da pressão de equilíbrio? Como ficarão os resultados se, ao invés de ar atmosférico, se 
usar 0,20 mol de oxigênio puro? 
Resp.: nCH3OH = 0,14 mol, nHCHO = 0,86 mol, nH2 = 0,46 mol, nH2O = 0,4 mol, nN2 = 0,8 mol; 4,71 bar; 
nCH3OH = 0,14 mol, nHCHO = 0,86 mol, nH2 = 0,46 mol, nH2O = 0,4 mol, nN2 = 0,8 mol; 3,32 bar. 
 
 
 
 
 
 
 
Substância H f
o
,298 (kJ/mol) S
o (J/mol.K) 
NaHCO3(s) -947 102 
Na2CO3(s) -1133 136 
H2O(g) -242 189 
CO2(g) -393 213 
Substância H f
o
,298 (kJ/mol) S
o (J/mol) a bx103 cx106 
N2(g) 0,00 191 27,0 5,89 -0,33 
H2(g) 0,00 130 29,1 -0,84 2,01 
NH3(g) -46,1 192 25,9 33,98 -3,05 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE 
Departamento de Físico-Química 
Físico-Química I – Turma 3as e 5as - tarde – Prof. Raphael Cruz 
8a Lista de Exercícios 
 
 
 
 
 
Exercício 7. 
 
 A reação 2H2S(g) + 3O2(g) = 2SO2(g) + 2H2O(l) ocorre a 140 
oC e sob pressão de 47 bar. 
Nestas condições de T e p os coeficientes de fugacidade dos gases sulfídrico, oxigênio, e dióxido de 
enxofre têm os seguintes e respectivos valores: 0,886, 0,985 e 0,778. Determinar a composição da fase 
gasosa do sistema, no equilíbrio, quando a reação se iniciar com H2S e O2 em proporção 
estequiométrica. Determinar as quantidades do equilíbrio (inclusive a da água) para 1 mol inicial de 
gás sulfídrico e 1,5 mol inicial de oxigênio. A constante de equilíbrio da reação mencionada, a 140 oC, 
é igual a 1,26. 
Resp.: nH2O = nSO2 = 0,927 mol; nH2S = 0,072 mol; nO2 = 0,1095 mol. 
 
 
Exercício 8. 
 
 Uma reação fundamental na biossíntese de gordura é a conversão de glicerol para glicerol-1-P 
pela adenosina-tri-fosfato(ATP) 
glicerol + ATP = glicerol-1-P + ADP 
no estado estacionário em células vivas [ATP] = 10-3 M e [ADP] = 10-4 M. O valor máximo observado 
da razão [glicerol-1-P]/[glicerol] é 770 a 25°C e pH 7. Sabendo isso: 
a)Calcule ΔG°298 e a constante de equilíbrio para a reação. 
b) Sabendo que, para a reação ATP + H2O = ADP + P, ΔG°298 = -31 kJ/mol, calcule ΔG°298 e K para a 
reação de fosforilação do glicerol 
glicerol + P= glicerol-1-P + H2O 
c) Baseado nos resultados dos itens anteriores, explique porque a fosforilação do glicerol no organismo 
humano ocorre via ATP e não da forma direta. 
Resp.: -10,8 kJ/mol; 77; 2,9x10-4; 20,2; Para tornar a reação exeqüível de maneira espontânea. 
 
 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE 
Departamento de Físico-Química 
Físico-Química I – Turma 3as e 5as - tarde – Prof. Raphael Cruz 
8a Lista de Exercícios 
 
 
 
 
 
EQUILÍBRIO QUÍMICO 
Lista Resolvida e Comentada 
 
 
Exercício 1. 
 
 Aos 80 g iniciais de pentacloreto de fósforo corresponderá o seguinte número de moles: 
 n PCl
o
5
 = 80/208,2 = 0,384 mol. 
 Se da reação PCl5(g) = PCl3(g) + Cl2(g), resultar a dissociação de X mol de PCl5, formar-se-ão 
X mol de PCl3 e X mol de Cl2, produzindo as seguintes quantidades em equilíbrio: 
 - número de moles de PCl5: 0,384 - X, 
 - número de moles de PCl3: X, 
 - número de moles de Cl2: X, 
 - número total de moles: nt = 0,384 + X. 
 O número total de moles da mistura gasosa pode ser relacionado com o volume do recipiente, a 
temperatura e a pressão de equilíbrio mediante a equação dos gases perfeitos, 
 nt = 0,384 + X = pV/RT, 
ou, explicitando X e substituindo os valores, 
 X = (2,95x105x10x10-3/8,31x573) - 0,384 = 0,236 mol. 
 Determinada a quantidade de PCl5 que se dissocia, determinadas estarão todas as quantidades 
do equilíbrio: 
 - número de moles de PCl5: 0,384 - 0,236 = 0,148 mol, 
 - número de moles de PCl3: 0,236 mol, 
 - número de moles de Cl2: 0,236 mol, 
 - número total de moles: 0,384 + 0,236 = 0,620 mol. 
 A seguir determinam-se as fracões molares e pressões parciais de equilíbrio e a constante de 
equilíbrio da reação considerada. 
 xPCl5 = 0,148/0,620 = 0,237, xPCl3 = xCl2 = 0,236/0,620 = 0,382; 
 pPCl5 = 0,237x2,95 = 0,70 bar, pPCl3 = pCl2 = 0,382x2,95 = 1,13 bar; 
 Kp = pPCl3pCl2/pPCl5 = 1,13x1,13/0,70 = 1,82. 
 
 Observações: 
 1) Note que a reação de dissociação do pentacloreto de fósforo tem, nas condições em que é 
realizada, rendimento alto: o grau de dissociação do PCl5, a 300 
oC e sob pressão de 2,95 bar vale 
(0,236/0,384)x100 = 61,5%. 
 2) O uso da variável X (quantidade que reage ou que se forma durante a reação) provém meio 
prático e cômodo de abordagem de sistemas a multicomponentes, cujas quantidades guardam entre si 
relações de estequiometria. O emprego da variável X reduz o número de variáveis a determinar, 
abreviando a calculeira. 
 3) A constante de equilíbrio Kp é pertinente aos sistemas reacionais gasosos, de gases ideais. Kp 
varia apenas com a temperatura e não se influencia pela pressão. Pode ser calculada pela

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