EQUILÍBRIO  QUÍMICO  Lista  de  Exercícios

1. (Ita) A constante de equilíbrio da reação H2O(g) + Cℓ2O(g) = 2HOCℓ(g). a 25°C, é Kc = Kp = 0,0900. Recipientes fechados numerados de I até IV, e mantidos na temperatura de 25°C, contêm somente as três espécies químicas gasosas envolvidas na reação anterior. Imediatamente após cada recipiente ter sido fechado. as pressões e/ou as quantidades de cada uma destas substâncias, em cada um dos recipientes, são: I) 5mmHg de H2O(g); 400mmHg de Cℓ2O(g) e 10mmHg de HOCℓ(g). II) 10mmHg de H2O(g); 200mmHg de Cℓ2O(g) e 10mmHg de NOCℓ(g) III) 1,0mol de H2O(g); 0,080mols (sic) de Cℓ2O(g) e 0,0080mols de HOCℓ(g). IV) 0,50mols de H2O; 0,0010mols de Cℓ2O(g) e 0,20mols de HOCℓ(g). Pode-se afirmar que: As misturas gasosas dos recipientes I e II não estão em equilíbrio químico e as reações avançam no sentido da direita para a esquerda. CERTO ou ERRADO? Justifique. 2. (Ufrj) Observe a reação química: 2NO2(g) = N2O4(g) [reagente] [produto] O gráfico concentração versus tempo a seguir apresenta alterações na concentração das substâncias NO2 e N2O4 a pressão constante. O diagrama auxiliar de temperatura versus tempo permite analisar a dinâmica da reação apresentada; observe que a reação se dá a uma temperatura de 80°C no intervalo de tempo de t0, a t4 e de 120°C entre t5 e t6.

a) Calcule a constante de equilíbrio (KC) da reação a 80°C.

EXTENSIVO  -­‐  MANHÃ   química  

b) Analisando o comportamento do sistema entre t4 e t5, explique por que a reação química representada é exotérmica. 3. (Unicamp) Íons como Cu2+, Fe3+ e Fe2+, presentes em certos alimentos, como por exemplo maionese, podem causar a sua deterioração através da formação de peróxidos. Para evitar este problema, em alguns alimentos industrializados pode ser adicionada uma substância que complexa (reage com) estes íons, impedindo a sua ação. Esta substância, genericamente conhecida como "EDTA", é adicionada na forma de seu sal de sódio e cálcio. A reação que ocorre entre os íons "indesejáveis" e o "EDTA" adicionado pode ser representada pela equação: Ca EDTA2- + Men+ = Me EDTAn-4 + Ca2+ Os valores dos logaritmos das constantes de equilíbrio para as reações de complexação desses íons com EDTA são:

a) Qual dos íons Men+ será removido com mais eficiência? Justifique. b) Escreva a equação química que representa a reação entre CaEDTA2- e o íon escolhido no item a da questão. 4. (Ufc) Considere a seguinte mistura em equilíbrio: 3H2(g) +N2(g)! 2NH3(g) com as seguintes pressões parciais:

PH2 = 0,01 atm, PN2 = 0,001 atm, PNH3 = 0,004 atm. a) Calcule a constante de equilíbrio em função das pressões parciais, Kp, para essa reação. b) Considere que após 5 minutos do equilíbrio ser atingido, é adicionado H2(g), de modo que sua pressão parcial é

elevada para 0,10 atm. Desenhe um gráfico, mostrando o perfil qualitativo das pressões parciais de todas as espécies presentes em função do tempo.

5. (Fuvest) Na produção de hidrogênio por via petroquímica, sobram traços de CO e CO2 nesse gás, o que impede sua aplicação em hidrogenações catalíticas, uma vez que CO é veneno de catalisador. Usando-se o próprio hidrogênio, essas impurezas são removidas, sendo transformadas em CH4 e H2O. Essas reações ocorrem a temperaturas elevadas, em que reagentes e produtos são gasosos, chegando a um equilíbrio de constante KI no caso do CO e a um equilíbrio de constante KII no caso do CO2. O gráfico traz a variação dessas constantes com a temperatura.

a) Num experimento de laboratório, realizado a 460 °C, as pressões parciais de CO, H2, CH4 e H2O, eram,

respectivamente, 4 × 10-5 atm; 2 atm; 0,4 atm; e 0,4 atm. Verifique se o equilíbrio químico foi alcançado. Explique. b) As transformações de CO e CO2 em CH4 mais H2O são exotérmicas ou endotérmicas? Justifique sua resposta. c) Em qual das duas transformações, na de CO ou na de CO2, o calor desprendido ou absorvido é maior? Explique,

em termos do módulo da quantidade de calor (│Q│) envolvida. 6. (Fuvest 2014) Algumas gotas de um indicador de pH foram adicionadas a uma solução aquosa saturada de CO2, a qual ficou vermelha. Dessa solução, 5 mL foram transferidos para uma seringa, cuja extremidade foi vedada com uma tampa (Figura I). Em seguida, o êmbolo da seringa foi puxado até a marca de 50 mL e travado nessa posição, observando‐se liberação de muitas bolhas dentro da seringa e mudança da cor da solução para laranja (Figura II). A tampa e a trava foram então removidas, e o êmbolo foi empurrado de modo a expulsar totalmente a fase gasosa, mas não o líquido (Figura III). Finalmente, a tampa foi recolocada na extremidade da seringa (Figura IV) e o êmbolo foi novamente puxado para a marca de 50 mL e travado (Figura V). Observou‐se, nessa situação, a liberação de poucas bolhas, e a solução ficou amarela. Considere que a temperatura do sistema permaneceu constante ao longo de todo o experimento.

a) Explique, incluindo em sua resposta as equações químicas adequadas, por que a solução aquosa inicial,

saturada de CO2, ficou vermelha na presença do indicador de pH. b) Por que a coloração da solução mudou de vermelho para laranja ao final da Etapa 1? c) A pressão da fase gasosa no interior da seringa, nas situações ilustradas pelas figuras II e V, é a mesma?

Justifique.

7. (Ufpr 2011) O trióxido de dinitrogênio é um líquido de cor azul bastante intenso, formado pela associação de óxido nítrico e dióxido de nitrogênio, conforme a seguinte reação de equilíbrio: NO g( )+NO2 g( )!N2O3 I( )

A formação do trióxido de dinitrogênio é favorecida em temperaturas inferiores a -21 ºC. Num sistema fechado de volume constante, à pressão de 1 atm e à temperatura de 298 K, há uma mistura de NO e NO2, cujas frações molares são 0,4 e 0,6, respectivamente. O sistema foi resfriado com uma mistura de acetona e gelo seco até a

temperatura de 196 K. Nessa condição, praticamente todo óxido nítrico reage com dióxido de nitrogênio presente. O dióxido de nitrogênio em excesso também reage, formando tetróxido de dinitrogênio, um gás incolor, conforme a reação abaixo. Pode-se considerar que esse equilíbrio é deslocado totalmente no sentido do produto na temperatura da mistura acetona/gelo seco empregada. 2NO2 g( )!N2O4 g( )

Nas condições descritas acima, calcule qual a pressão do sistema a 196 K. Admita que o volume de trióxido de dinitrogênio é desprezível em comparação com o volume do sistema. Dado: R = 0.082 L.atm.K−1.mol−1. 8. (Fatec 2013) 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_homol.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. 9. (Ibmecrj 2013) Num recipiente fechado, de volume constante, hidrogênio gasoso reage com excesso de carbono sólido, formando gás metano, como descrito na equação: (s) 2(g) 4(g)C 2H CH+ ↔

Essa reação foi realizada em duas temperaturas, 800 a 900 K e, em ambos os casos, a concentração de metano foi monitorada, desde o inicio do processo, até certo tempo após o equilíbrio ter sido atingido. O gráfico apresenta os resultados desse experimento:

Após as informações, foram feitas algumas considerações. Assinale a alternativa que indica considerações corretas: I. A adição de mais carbono, após o sistema atingir o equilíbrio, favorece a formação de mais gás metano. II. A reação de formação do metano é exotérmica. III. O número de moléculas de metano formadas é o mesmo de moléculas de hidrogênio consumidas na reação. IV. O resfriamento do sistema em equilíbrio de 900 K para 800 K provoca uma diminuição da concentração de

metano. a) I b) II c) I e II d) II e III e) III

Gabarito: Resposta da questão 1: Cálculo da relação das pressões (Qp) e das concentrações (Qc), dos recipientes I e II Recipiente I: Qp = P2 HOCℓ / P H2O . P Cℓ2O = = (10 mmHg)2 / (5 mmHg) (400 mmHg) = = 100 / 2000 = 0,05 Recipiente II: Qp = P2 HOCℓ / P H2O . P Cℓ2O = = (10 mmHg)2 / (10 mmHg) (200 mmHg) = = 100 / 2000 = 0,05 A afirmativa está errada pois as misturas gasosas não estão em equilíbrio (Qp ≠ Kp e Qc ≠ Kc) e o deslocamento ocorre da esquerda para a direita (Qp < Kp e Qc < Kc). Resposta da questão 2: a) KC = 2,2 b) A reação é exotérmica porque, quando ocorre uma elevação da temperatura (entre t4 e t5), observa-se a diminuição da concentração de produto (N2O4), mostrando que o equilíbrio é deslocado no sentido da formação do reagente (NO2). Resposta da questão 3: a) A partir da equação fornecida no texto que representa o equilíbrio químico, teremos:

2- n+ n-4 2+

n-4 2+

eq 2- n+

Ca EDTA + Me = Me EDTA + Ca

[Me EDTA ][Ca ]K[Ca EDTA ][Me ]

=

Para que o íon nMe + seja retirado com maior eficiência, o equilíbrio deverá ser deslocado para a direita, ou seja:

n-4 2+

2- n+[Me EDTA ][Ca ]K[Ca EDTA ][Me ]

↑=↓

A partir da tabela fornecida obtemos os valores das constantes de equilíbrio:

eqx

eqn

eq eq2 14,4

2 18,8

3 25,1

logK x

10 K

Me logK K

Fe 14,4 10

Cu 18,8 10

Fe 25,1 10

+

+

+

+

=

=

A maior constante de equilíbrio 25,1

eq(K 10 )= pertence a presença do cátion 3Fe + , logo este será removido com maior facilidade.

b) Teremos: Ca EDTA2- + Men+ ! Me EDTAn-4 + Ca2+

Ca EDTA2- + Fe3+ ! Fe EDTA1- + Ca2+

Resposta da questão 4:

a) Teremos:

3

2 2

2 2NH 3 4 2p 3 3

H N

p (0,004)K 16 10 1,6 10 atmp p (0,01) (0,001)

−= = = × = ×× ×

b) Observe o gráfico a seguir:

Resposta da questão 5:

a) A 460 °C para KI = 500 atm-2, teremos: 3H2(g) + CO(g) = CH4(g) + H2O(g) QI = (P(CH4) x P(H2O))/((P(H2))3 x P(CO)) QI = (0,4 x 0,4) / ((23) x 4 x 10-5) = 0,5 x 103= 500 atm2. Conclusão: QI = KI = 500 atm-2. O equilíbrio foi alcançado.

b) São transformações exotérmicas, pois, de acordo com o gráfico, com a elevação da temperatura os valores de KI

e de KII diminuem, ou seja, os produtos se formam em menor quantidade. c) Numa dada temperatura, de acordo com o gráfico, KI > KII. Isto significa que a variação de temperatura influencia mais o valor de KI do que o valor de KII. Ou seja, a reação I é mais exotérmica do que a reação II, logo, o calor liberado na reação I é maior do que o calor liberado na reação II. Então QI > QII . Conclusão, a reação I libera maior quantidade de calor. Resposta da questão 6: a) Equações químicas adequadas: CO2(g)! CO2(aq)

CO2(aq)+H2O(ℓ)!H2CO3(aq)!H+(aq)+HCO3−(aq)

De acordo com a reação química descrita pela equação acima se percebe que o meio fica ácido. De acordo com o enunciado a solução ficou vermelha, isto significa que houve saturação, ou seja, que o pH é inferior a 4,5 (vide tabela).

b) No final da etapa I se observou a liberação de muitas bolhas de gás carbônico, isto significa que o equilíbrio foi

deslocado para a esquerda e que a concentração de íons H+ diminui: 2 2esquerda

2 2 2 3 3esquerda esquerda

CO (g) CO (aq)

CO (aq) H O( ) H CO (aq) H (aq) HCO (aq)+ −

⎯⎯⎯⎯⎯→←⎯⎯⎯⎯⎯

⎯⎯⎯⎯⎯→ ⎯⎯⎯⎯⎯→+ +←⎯⎯⎯⎯⎯ ←⎯⎯⎯⎯⎯l

Consequentemente o pH aumenta e supera 4,5. A solução muda da coloração vermelha para laranja. c) Foram feitas as seguintes observações:

Etapa 1: liberação de bolhas de gás carbônico e a solução ficou laranja. Etapa 4: houve liberação de poucas bolhas e a solução ficou amarela. Conclui-se que a pressão da fase gasosa no interior da seringa, nas situações ilustradas pelas figuras II e V, não é a mesma:

{ {

{ {

2

2

2

2

2

COcons tan te cons tan te

COcons tan te cons tan te

CO

CO

CO

P V n R T

P V n R T

n k P

n k P

n k P

× = × ×

× = × ×

= ×

↑= × ↑

↓= × ↓

Resposta da questão 7: Teremos:

( ) ( ) ( )2 2 3g gNO NO N O

0,4 0,6 0 (início)0,4 0,4 0,4 (durante)0 0,2 0,4 (final)

+

− − +

− +

lÉ

( ) ( )2 2 4g g2NO N O

0,2 0 (início)0,2 0,1 (durante)0 0,1 (final)

−

É

Então, i i i i

f f f f

f

f

P V n R TP V n R T1 V 1 R 298P V 0,1 R 196P 0,0657 0,066 atm

× × ×=

× × ×

× × ×=

× × ×

= =

Resposta da questão 8: [D]

A constante de equilíbrio 2

3c 3

2 2

[NH ]K

[N ][H ]

⎛ ⎞⎜ ⎟=⎜ ⎟⎝ ⎠

é maior a 400°C do que a 500°C, conforme o gráfico demonstra.

Resposta da questão 9: [B]

A reação de formação do metano é exotérmica, pois, verifica-se pelo gráfico que a concentração de metano é maior a 800 K do que a 900 K: