EQUILÍBRO QUÍMICO

N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)

equilíbrio

N2(g)

H2(g)

NH3(g)

concentração

tempo

TEMPO(min) CO NO2 CO2 NO

0 1,00 1,00 0 0

10 0,50 0,50 0,50 0,50

20 0,32 0,32 0,68 0,68

30 0,24 0,24 0,76 0,76

40 0,20 0,20 0,80 0,80

50 0,20 0,20 0,80 0,80

60 0,20 0,20 0,80 0,80

CO + NO2 CO2 + NO

2 SO2(g) + O2(g) 2 SO3(g)

r REAGENTES p PRODUTOS

Kc =[PROD]p

[REAG]r

EQUILÍBRIOS HOMOGÊNEOS E HETEROGÊNEOS

HOMOGÊNEOS:

2 SO2(g) + O2(g) 2 SO3(g)

N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)

HCl(aq) H(aq) + Cl(aq)

+ -

HETEROGÊNEOS:

C(s) + O2(g) 2 CO2(g)

Fe2O3 (s) + CO(g) 2 FeO(s) + CO2(g)

Exemplo 1:

Calcule a constante de equilíbrio, em termos deconcentração, para a reação a seguir, sabendo-se queno equilíbrio encontramos as seguintes concentraçõesem mol/L: SO3 = 0,1 ; O2 = 1,5 ; SO2 = 1,0

2 SO2(g) + O2(g) 2 SO3(g)

Kc = 0,0066 (mol/l)-1

Exemplo 2:

Em um recipiente de 10 L, estão em equilíbrio, a727oC e sob pressão total de 224 atm, 3,74 L de N2,5,89 L de H2 e 0,37 L de NH3. Calcule o Kc doequilíbrionas condições da experiência. Dado: R = 0,082atm.L.K-1.mol-1

N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)

Kc = 2,35 . 10-3

Exemplo 3:

No equilíbrio encontramos as seguintes concentrações: 10 mol/L de H2 e 0,01 mol/L de I2. Qual é a concentração do HI, em mol/L, sabendo-se que, nas condições da experiência, Kc vale 10-3.

2 HI(g) H2(g) + I2(g)

Exemplo 3:

Um mol de hidrogênio e um mol de iodo são misturados a 500oC. As substâncias reagem e, após certo tempo, chega-se a um equilíbrio, em que se constata a presença de 0,22 mol de hidrogênio residual. Qual é a constante de equilíbrio, nessas condições?

H2(g) + I2(g) 2 HI(g)

Kc = 50

RELAÇÃO ENTRE Kc E Kp

Kp = Kc . (RT)∆n

N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)

PN2= RT

V

nN2

[N2]= RT

PN2

PN2V = nN2

RT

PN2

= [N2]RT

Exemplo:

No equilíbrio Kc vale 2,24 . 1022, a 727oC. Qual o valor do Kp, na mesma temperatura?

2 CO(g) + O2(g) 2 CO2(g)

Kp = 2,73.1020

Exemplo:

Calcule Kp para a reação abaixo, em fase gasosa, sabendo que em um recipiente de 20L de capacidade, mantido a 1727oC, estão em equilíbrio 0,855 mol de CO, 0,855 mol de H2O, 1,145 mol de CO2 e 0,145 mol de H2.

CO + H2O CO2 + H2

Kp = 2,27.10-1

Exemplo:

Na esterificação de 1 mol de ácido acético, a 25oC, o equilíbrio é atingido com Kc igual a 4. Quais são as quantidades em mols das substâncias presentes no equilíbrio ?

Resposta: ác acético=0,334mol; álcool=0,334mol; éster=0,666mol; água=0,666mol

Esterificação:

ÁCIDO + ÁLCOOL ÉSTER + ÁGUA

RELAÇÕES ENTRE AS CONSTANTES DE EQUILÍBRIO

EQUAÇÃO QUÍMICA CONSTANTE DE EQUILÍBRIO

aA + bB cC + dD K1

Kp = Kc . (RT) Δn

cC + dD aA + bB K2 = 1/K1 = K1-1

naA + nbB ncC + ndD K3 = K1n

UNIDADES:

P (atm)...............R = 0,082 atm. L. K-1. mol-1

P (mmHg)...........R = 62,3 mmHg. L. K-1. mol-1

P (bar)................R = 8,3145 bar. L. K-1. mol-1

P (Pa)..................R = 371,15 Pa. L. K-1. mol-1

1 atm = 760 mmHg

1 atm = 1,01325 bar

1 bar = 105 Pa

R= 0,28

2. Em 500K, Kc de F2(g) 2 F(g) é 7,3 x 10-13. Qual é o valor de Kc para ½F2(g) F(g)

na mesma temperatura?

Exemplo:1. Em 500K, Kc de H2(g) + D2(g) 2 HD(g) é 3,6. Qual é o valor de Kc de 2 HD(g) H2(g) + D2(g)

na mesma temperatura?

R= 8,5 x 10-7

EXTENSÃO DA REAÇÃO

H2(g) + Cl2(g) 2 HCl(g) (500K)

K = 4,0 x 1018

N2(g) + O2(g) 2 NO(g) (800K)

K = 3,4 x 10-21

DIREÇÃO DA REAÇÃO

Comparamos o K (constante de equilíbrio)

com o Q (quociente de reação)

K = [prod]

[reag]Q =

[prod]

[reag]

No equilíbrio Qualquer momento da reação

SE:

Q > K

SE:

Q < K

SE:

Q = K

A reação tende a formar reagentes

A reação tende a formar produtos

A reação não apresenta tendência a mudar em nenhuma direção

PREDIÇÃO DA DIREÇÃO

Uma mistura de hidrogênio, iodo e iodeto de

hidrogênio, todos em 55 kPa, foi introduzida em

um recipiente aquecido até 783K. Nessa

temperatura, K = 46 para

Diga se HI tem tendência a se formar ou se

decompor em H2 e I2.

H2(g) + l2(g) 2 Hl(g)

55 kPa = 0,55 bar

Q = PHI

2

PH2.PI

2

Q = 0,552

0,55.0,55Q = 1

Q < K Forma mais produtos e

consome os reagentes.

K = 46

Uma mistura de H2(g), N2(g) e NH3(g) com

pressões parciais 22 kPa, 44 kPa e 18 kPa,

respectivamente, foi preparada e aquecida a

500K. Nessa temperatura, K=3,6 x 10-2 para a

reação de formação da amônia. Verifique se a

amônia tende a se formar ou a se decompor.

Resp: Q = 6,9; tende a se decompor

As pressões parciais iniciais de nitrogênio e

hidrogênio em um vaso rígido selado são

0,010 e 0,020 bar, respectivamente. A mistura é

aquecida até uma temperatura em que K = 0,11

para formação de amônia. Quais são as

pressões parciais de cada substância na

mistura de reação em equilíbrio?

Resp: N2 = 0,01bar, H2= 0,020bar, NH3= 9,4 x 10-5bar.

Cloro e flúor reagem em 2500K para produzir

CℓF e atingem o equilíbrio com Kp = 20. Se

uma mistura de gases com PCℓ2= 0,200 bar,

PF2= 0,100 bar e PCℓF= 0,100 bar entra em

equilíbrio em 2500K, qual é a pressão parcial

de CℓF na mistura em equilíbrio?

Resp: 0,25 bar

O gás cloreto de hidrogênio foi introduzido em

um vaso de reação que continha iodo sólido

até que a pressão parcial atingisse 0,012 bar.

Na temperatura do experimento, K= 3,5 x 10-32

para 2 HCl(g) + I2(s) 2 HI(g) + Cl2(g)

Quais são as pressões parciais de cada gás na

mistura resultante em equilíbrio?

Resp: HCl = 0,012bar, HI=2,2 x 10-12bar, Cl2=1,1 x 10-12bar.

Imagine que uma mistura de 0,482 mol N2 e

0,933 mol de O2 é colocada em um balão de

reação de volume 10 L e que se forme N2O em

800K, temperatura em que Kp= 3,2 x10-28.

Calcule as pressões parciais dos gases na

mistura em equilíbrio.

Resp: N2=3,16 atm; O2=6,12 atm; N2O=1,4.10-13

[ ] = lado oposto

[ ] = mesmo lado

1. Concentração

DESLOCAMENTO DE EQUILÍBRIO

Encontramos no equilíbrio da síntese da amôniaas seguintes pressões parciais, em atm: N2=0,08,H2=0,05 e NH3=2,60. Considerando um recipientede 1 litro e que o equilíbrio está a 298K, quais asnovas pressões quando reduzirmos a pressãoparcial da amônia à metade? (K=6,8 x 105)

N2 3 H2 2 NH3

T=0 0,08 0,05 2,60/2

∆T 0,08 - X 0,05 – 3X 1,30 + 2X

N2 3 H2 2 NH3

T=0 0,08 0,05 2,60/2

∆T 0,08 - x 0,05 – 3x 1,30 + 2x

6,8 x 105 =(1,3 + 2x)2

(0,08 – x) . (0,05 – 3x)3x = 5,86 x 10-3

0,074atm 0,032atm 1,31atm

Em um balão de 500 mL encontramos emequilíbrio 0,02 atm de PCl5, 1,28 atm dePCl3 e 1,28 atm de Cl2 a 523K. Determine asnovas pressões parciais quandoadicionamos 0,01 mol de cloro ao sistema?(K=81,92)

PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g)

2. Temperatura

T = lado endotérmico

T = lado exotérmico

ΔH > 0 ENDO

ΔH < 0 EXO

N2(g) + O2(g) 2 NO(g) ∆H = - 43,2 kcal

Direta = exoInversa = endo

Temperatura =

Temperatura =

esquerda

direita

Dadas as entalpias de formação, em kJ/mol:

SO2(g) = - 296,83, SO3(g) = - 395,72 determine

o efeito do aumento da temperatura sobre a

reação: 2 SO2(g) + O2(g) 2 SO3(g)

RELAÇÃO ENTRE K E T

ℓn = -K2

K1

ΔH 1 1

R T1 T2

Exemplo: A síntese da amônia apresenta K=6,8 x 105 a 298K. Qual o novo K a 400K?Dado: ∆H = - 92,22 kJ

Resp = 54,7

3. Pressão

P = lado contração

P = lado expansão

REVISÃO DE EQUILÍBRIO QUÍMICO

1. Calcule a constante de equilíbrio, em termos deconcentração (Kc) e em termos de pressão (Kp), para areação a seguir, sabendo-se que a 300oC e 1,8 atmencontramos, no equilíbrio, as seguintes concentraçõesem mol/L: SO3 = 0,2 ; O2 = 2,0 ; SO2 = 1,5

2 SO2(g) + O2(g) 2 SO3(g)

Kc = 8,89 x 10-3 Kp = 1,9 x 10-4

2. A obtenção do ferro metálico nas usinas siderúrgicas, a partir da hematita, envolve o equilíbrio: Fe2O3(s) + 3 CO(g) 2 Fe(s) + 3 CO2(g)

a) Escreva a expressão da constante de equilíbrio dessa reação em função das concentrações.

b) Sabendo-se que o valor de Kc é 1,33 x 103, sob determinada temperatura T, indique as substâncias

predominantes no equilíbrio nessa temperatura.c) Pode-se dizer que a adição de um catalisador aumenta o valor da constante de equilíbrio porque

aumenta a velocidade da reação direta?

Resp=a)Kc=[CO2]3/[CO]3; b) Fe e CO2;c)o catalisador não altera equilíbrio químico.

3. Em um recipiente de 1 litro, colocou-se 1,0 mol de PCl5. Supondo o equilíbrio

em temperatura tal que o PCl5 esteja 80% dissociado, calcular a constante de equilíbrio Kc.

PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g)

Resp= 3,2

4. Para a reação N2O4(g) 2 NO2(g), em

298K, K = 0,98. Uma mistura de N2O4 e NO2

com pressões parciais iniciais de 2,4 e 1,2 bar,

respectivamente, foi preparada a 298K. Qual

composto terá a tendência de aumentar sua

pressão parcial?

Resp: Q < K produtos

5. Para o equilíbrio

2 SO3(g) 2 SO2(g) + O2(g)

o valor da constante de equilíbrio Kc é 4,8 x 10-3 a 700oC. Se, no recipiente, as concentrações das três

substâncias acima são:[SO3]=0,60 mol/L; [SO2]= 0,15 mol/L e [O2]= 0,025

mol/L , de que maneira estas concentrações mudarão, a medida que o sistema se aproxima do equilíbrio, se

a temperatura for mantida a 700oC?Resp= SO2 e O2 aumentam e SO3 diminui

6. Considere a reação:

2Cl2(g) + 2H2O(g) 4HCl(g) + O2(g) ΔH=+113 kJ

Admita que o sistema está em equilíbrio. O que ocorrerá ao número de mols do HCl no recipiente se:

a) For adicionado O2

b) For adicionado Cl2c) For retirado H2O

d) O volume do recipiente for aumentadoe) A temperatura for aumentada.

Resp= a)diminui; b) aumenta; c) diminui; d) aumenta; e) aumenta

7. Dada a reação em equilíbrio

Determine o que ocorre com o equilíbrio se:a) For adicionado N2

b) For retirado NOc) For aumentada a temperatura.

d) For aumentada a pressão

N2(g) + O2(g) 2 NO(g) ΔH= - 43,2 kcal

Resp= direita;direita; esquerda; não sofre deslocamento

8. O composto A2B4(g) dissocia-se a 200oC em AB2(g)

exclusivamente com um Kc= 14. Coloca-se um mol de A2B4(g) em um recipiente de 1 L e aquece-se a 200oC.

Após a reação atingir o equilíbrio, qual é a porcentagem de dissociação do A2B4(g) ?

A2B4(g) 2 AB2(aq)

Resp= 81,25%

9. O equilíbrio entre a hemoglobina, Hm, o monóxido de carbono, CO(g) e o oxigênio, O2(g) pode ser representada

pela equação: Hm.O2(aq) + CO(g) Hm.CO(aq) + O2(g)

sendo Kc = 210. Estima-se que os pulmões de um fumante sejam expostos a uma concentração de

monóxido de carbono igual a 2,2 x 10-6 mol/L e de oxigênio igual a 8,8 x 10-3 mol/L. Nesse caso, qual a razão entre a concentração de hemoglobina ligada

ao monóxido de carbono, Hm.CO, e a concentração de hemoglobina ligada ao oxigênio, Hm.O2?

Resp= 52,5 x 10-3

10. Uma solução de ácido hipobromoso

apresenta, a 25oC, concentração molar 0,2

mol/L e grau de ionização 10-2%. Determine:

a) A constante de ionização do ácido.

b) O grau de ionização do ácido em uma

solução 0,05 mol/L a 25oC.

a) 2. 10-9 b) 2. 10-2

11. Uma solução aquosa de amônia apresenta concentração molar igual a 0,1 mol/L a 25oC. Sabendo-se que a constante de ionização da substância na temperatura em que foi feita a experiência é 2,0 x 10-3, calcular :a) a concentração de íons hidroxila na

solução.b) O pH da solução.

a) 1,4. 10-2 b) 12,1

12. Na água de um aquário, a concentração de um monoácido produzido pela decomposição de bactérias é 0,00001 mol/L e sua constante de ionização igual a 1,0 x 10-8. Calcule o pH da água do aquário.

pH = 6,5

13. 80,0 mL de uma solução aquosa de KOH

de concentração 0,250 mol/L são

parcialmente neutralizados por 20 mL de

uma solução de ácido nítrico de

concentração 0,500 mol/L.

a) Escreva a reação de neutralização.

b) Calcule o pH da solução após a adição do

ácido (considere ambas as substâncias

fortes , α=1)

pH = 13

14. Grande parte da poluição observada na Baía de Guanabara é decorrente da qualidade das águas dos diversos rios que ali desembocam. Certo rio corta a Baixada Fluminense, onde recebe grande quantidade de resíduos industriais ricos em chumbo, e deságua na Baía de Guanabara. Em amostra coletada na foz deste rio, à temperatura de 25oC, constatou-se que a concentração de íons cloreto é 0,40 mol/L. Sabe-se que, nesse caso, o produto de solubilidade do cloreto de chumbo é, 1,60 x 10-5. Indique a concentração máxima de íons chumbo presente na amostra.

R= 10-4

mol/L