Lista - Equilíbrio Químico - 1-2012

FUP - Faculdade UnB Planaltina
Disciplina: Energia e Dinâmica das Transformações Químicas
Professor: Alex Fabiano C. Campos
1. Analise as proposições abaixo e destaque se estão corretas ou incorretas, justificando brevemente.
a) Sempre que uma reação atinge o equilíbrio, toda a reação pára;
b) Se mais reagente é utilizado, a constante de equilíbrio terá um valor diferenciado;
c) Num sistema em equilíbrio, a concentração de todas as espécies é idêntica.
2. Escreva as expressões de equilíbrios KC e KP (quando conveniente), para as seguintes reações:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
2 H2S(g) + 3 O2(g) ⇌ 2 SO2(g) + 2 H2O(g)
N2(g) + 2 H2(g) ⇌ N2H4(g)
NH4HS(s) ⇌ NH3(g) + H2S(g)
+
CH3COOH(aq) + H2O(l) ⇌ CH3COO (aq) + H3O (aq)
MgCO3(s) ⇌ MgO(s) + CO2(g)
NH3(g) + H2O(l) ⇌ NH4OH(aq)
3. 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:
2 NaHCO 3(s)
1 Na2CO 3(s) + 1 CO 2(g) + 1 H2O (g)
a)
Escreva a expressão matemática para a constante de equilíbrio expressa em termos de
concentração (Kc).
b) A constante de equilíbrio, expressa em termos de pressões parciais (Kp), é igual a 0,25 à
o
temperatura de 125 C, quando as pressões são medidas em atmosferas. Calcule as pressões
parciais de CO2 e H2O quando o equilíbrio for estabelecido nessa temperatura.
4. Numa das etapas da obtenção industrial do ácido sulfúrico ocorre a transformação do dióxido em
trióxido de enxofre, de acordo com:
2 SO 3(g) ∆Η = − 198kJ
2 SO 2(g) + 1 O 2(g)
Concentração (mol L-1 )
Medindo-se as concentrações dos componentes da reação à temperatura constante em função
do tempo, obtém-se o seguinte gráfico:
0,5
A
0,4
B
0,3
0,2
C
0,1
t1
Tempo
a)
b)
c)
d)
As curvas A, B e C pertencem a qual componente da reação? Justifique.
O que acontece no tempo t1? Justifique
Calcule o valor aproximado de Kc para a reação.
A conversão do dióxido de enxofre em trióxido de enxofre é endotérmica ou exotérmica? Como
a temperatura afeta o valor de KC para essa reação? Justifique.
5. O fosgênio, COCl2, é um gás venenoso que foi muito usado na Primeira Guerra Mundial. Um mol
desse gás foi aquecido em um recipiente fechado a 27 °C, de um litro, ocorrendo a reação:
COCl2(g)
C O(g)+Cl2(g)
∆H > 0
.
O sistema pode ser representado graficamente como se segue:
Dado: R = 0,082 atm L / mol K.
a) As curvas I e II representam quais substâncias?
b) Calcule a porcentagem de decomposição de fosgênio no experimento em destaque.
c) Calcule KC e KP para o equilíbrio mostrado, nas condições do experimento.
6. Num recipiente de volume constante igual a 1,00 L, inicialmente evacuado, foi introduzido 1,00 mol
o
de pentacloreto de fósforo gasoso e puro. O recipiente foi mantido a 250 C e no equilíbrio final foi
verificada a existência de 0,47 mol de gás cloro. Calcule o valor das constantes Kc e KP do equilíbrio
estabelecido dentro do cilindro e representado pela seguinte equação química:
PCl5(g)
PCl3(g) + Cl2(g).
1+
7. O íon complexo [Cr(C2H8N2)2(OH)2] pode existir na forma de dois isômeros geométricos A e B que
estão em equilíbrio:
isômero A
isômero B.
Num experimento, realizado sob temperatura constante, em que se partiu do isômero A puro,
foram obtidos os seguintes dados da concentração desse isômero em função do tempo, em
segundos:
Tempo (s)
-3
. -1
[A]/10 mol L
-3
. -1
[B]/10 mol L
0
11,6
100 200 500 1.000 2.000 2.500
11,3 11,0 10,5 10,2 10,0 10,0
3.000
10,0
a) Deduza os valores de concentração para o isômero B e preencha a tabela.
b) Calcule a constante desse equilíbrio.
8. Uma mistura reacional que consiste de 0,4 mol de hidrogênio e 1,6 mol de iodo foi preparada num
recipiente de 3 L. e mantida sob temperatura constante. No equilíbrio, 60 % do hidrogênio reagiram.
Calcule a constante de equilíbrio para o processo.
H2(g) + I2(g) ⇌ 2 HI(g)
9. Um dos grandes vilões à qualidade do ar que respiramos nos centros urbanos é o trióxido de enxofre.
A queima de combustíveis fósseis libera uma quantidade enorme dessa substância empobrecendo o ar
e, em casos mais agudos, promovendo à ocorrência de precipitações ácidas. Entretanto, sob
determinadas situações pode-se decompor esse gás em dióxido de enxofre e oxigênio. Um químico,
visando estudar esse processo, aqueceu 80 gramas de SO3 a 127 °C em um recipiente de 16,4 L. Atingido
o equilíbrio, aferiu-se a pressão total no sistema, com o auxílio de um manômetro, obtendo-se o valor
de 2,4 atm. Ajude o químico em sua investigação, calculando o grau de dissociação, em porcentagem,
do trióxido de enxofre nessa temperatura.
Dados: M(O) = 16 g/mol; M(S) = 32 g/mol; R = 0,082 atm L / mol K
SO3(g)
SO2(g)
+
O2(g)
-5
10. A constante de equilíbrio para o processo abaixo vale KC = 1,00 x 10 a 1200 °C. Utilizando a equação
de van’t Hoff, calcule o valor dessa constante a 25 °C. (Utilize R = 8,3145 J/K mol)
∆H = + 180 kJ
N2(g) + O2(g) ⇌ 2 NO(g)
11. Considerando a equação N2(g) + 3 H2(g) ⇌2NH3(g), da síntese da amônia, cuja constante de equilíbrio,
o
-3
-2
a 450 C, é de 6,5.10 atm , indique o sentido da reação das misturas 1 e 2 abaixo representadas,
justificando sua resposta com cálculos.
Mistura 1
PNH3 = 60 atm
PH2 = 150 atm
PN2 = 80 atm
Mistura 2
PNH3 = 60 atm
PH2 = 2 atm
PN2 = 5 atm
12. Refrigerantes possuem grandes quantidades de gás carbônico dissolvido. A equação abaixo
representa, simplificadamente, o equilíbrio envolvendo esse gás em solução aquosa.
CO 2(g) + 2 H2O (l)
1+
HCO 13(aq) + H3O (aq)
A dissolução de gases em líquidos é favorecida pelo aumento da pressão e diminuição da
temperatura. Por outro lado, a concentração de íons hidrogênio no estômago é elevada. À luz desses
fatos explique a eructação (arroto) provocada pela ingestão do refrigerante.
13. Em recipiente fechado, à temperatura constante, ocorre o seguinte equilíbrio em fase gasosa:
4 NH3(g) + 3 O2(g) ⇌ 2 N2(g) + 6 H2O(l)
Explique os efeitos que provocam nesse equilíbrio:
a) a adição de N2 gasoso ao recipiente;
b) o aumento da pressão sobre o sistema.
14. A reação representada por:
2 PbO(s) + C(grafite)
2 Pb(s)+ CO2 (g)
o
a 25 C e 1,0 atmosfera, tem variação de entalpia (∆H) igual a +10 kcal/mol de CO2.
Explique por que a formação de chumbo metálico
a) não é favorecida pelo aumento de pressão;
b) é favorecida pelo aumento de temperatura.
15. Em uma solução obtida pela dissolução de cloreto de cobalto II em ácido clorídrico tem-se:
2+
[Co(H2O)6](aq) + 4 Cl1(aq)
rosado
2-
[CoCl4](aq) + 6 H2O(l)
azul
Essa solução foi dividida em três partes, cada uma colocada em um tubo de ensaio. Cada tubo de
ensaio foi submetido a uma temperatura diferente, sob pressão ambiente, como ilustrado abaixo.
a) Em que sentido a reação acima representada absorve calor? Justifique.
b) Em qual desses três experimentos a constante do equilíbrio apresentado tem o menor valor?
Explique.
o
16. Um frasco de 1,00 L é preenchido com 1,00 mol de H2(g) e 2,00 mol de I2(g) a 448 C. O valor da
constante de equilíbrio para a reação, neste temperatura é 50,5. Quais são as pressões parciais de H2(g),
I2(g) e HI(g) no frasco quando o equilíbrio é alcançado?
H 2(g) + I2(g)
2 HI(g)
17. O tetróxido de nitrogênio dissocia-se segundo a reação:
N2O4(g)
2 NO2(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 1,41 atm. Quais as quantidades dos gases em
equilíbrio? Quanto valerá a constante de equilíbrio Kc da reação? (Dado: R = 0,082 atm L / mol K)
18. A dependência com a temperatura para a constante KC do equilíbrio N2(g) + O2(g) ⇌ 2 NO(g) pode ser
expressa como:
 21700  ,
ln K C = 2,5 − 

 T 
em que T é a temperatura absoluta.
a) A reação direta do equilíbrio anterior é exotérmica ou endotérmica? Justifique.
b) Calcule o valor de KC quando o equilíbrio é estabelecido a 927 °C.
-6
19. A constante de equilíbrio para o processo abaixo vale KC = 1,00 x 10 a 127 °C.
2 SO 2(g) + 1 O2(g)
2 SO 3(g)
∆Η = − 198kJ
Calcule o valor de KC quando o equilíbrio é estabelecido a 727 °C. (Utilize R = 8,3145 J/K mol)
20. Considere a mistura de 1 mol de N2 com 3 mol de H2, visando à síntese do amoníaco, pela seguinte
reação:
N2(g) + 3 H2(g) ⇌ 2 NH3(g)
a)
Designando pela letra x o avanço de equilíbrio desta reação e P a pressão total do sistema,
determine as pressões parciais de equilíbrio das substâncias no equilíbrio, em função do avanço
x.
b) Mostre que
pNH3
p
2
N2
= 33/2 K 1/2
p .
21. Um mol de NO2 gasoso é colocado em um recipiente e deixado chegar ao equilíbrio a uma pressão
de 1 atm. No equilíbrio é verificado que as razões entre as pressões parciais dos gases NO e NO2 é de
0,872 para uma temperatura de 700 K e de 2,50 para uma temperatura de 800 K.
NO2(g) ⇌ NO(g) + ½ O2(g)
a) Calcule os valores de Kp a 700 K e 800 K.
b) Calcule o ∆H da reação, supondo-o independente da temperatura nas condições apresentadas.
22. Justifique, por meio de cálculos, a seguinte assertiva: “A adição de um gás ideal inerte a um sistema
não desloca o equilíbrio”.