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Equilibrio quimico.
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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