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1 Capítulo 7 Equilíbrio Químico. (ITA) Uma mistura gasosa é colocada a reagir dentro de um cilindro provido de um pistão móvel, sem atrito e sem massa, o qual é mantido à temperatura constante. As reações que ocorrem dentro do cilindro podem ser genericamente representadas pelas seguintes equações químicas: I. A + B C II. C C (l) que ocorre com o valor das grandezas abaixo (Aumenta? Diminui? Não altera?), quando o volume do cilindro é duplicado? Justifique suas respostas. a) Quantidade, em mols, da espécie B. b) Quantidade, em mols da espécie C líquida. c) Constante de da equação I. d) Razão [C] /[B] A + B C C (l) x x antes de dobrar o volume e liquefazer x y x y y o C antes de dobrar o volume e depois de x y r x y r y t + r t liquefazer o C depois de dobrar o volume x y r + m x y r + m y t + r + n m t n x, y, z, r, t, m, n, representam as concentrações em mol/l dos participantes dos s mencionados no enunciado da questão. Para facilitar a resolução vamos considerar um exemplo numérico. A + B C C (l) antes de dobrar o volume depois de dobrar o volume 5 (*) 6 9 (*) Ao dobrar o volume diminui a pressão de vapor. Para manter a pressão, C (l) vaporiza (C (l) C ) a) Quantidade em mols de B Antes de dobrar o volume mol Depois de dobrar o volume mol Depois de dobrar o volume aumenta a quantidade de B (Resposta a) 7

2 b) Quantidade de C líquido Antes de dobrar o volume 5 mol Depois de dobrar o volume mol Depois de dobrar o volume diminui a quantidade de C (l) (Resposta b) c) Constante do (I) antes de dobrar o volume. (Resposta c) [C g ] k [A] [B] 5 Constante de (I) depois de dobrar o volume.) [C g ] 9 k [A] [B] 6 k > k Conclusão: o valor da constante de diminui. (Resposta c) d) Antes de dobrar o volume. [C] k [B] Depois de dobrar o volume. [C] 9 k [B] [C] Conclusão: depois de dobrar o volume diminui a razão [B]. (Resposta d) Resposta: a) aumenta; b) diminui; c) diminui; d) diminui.. (ITA) Em um balão fechado e sob temperatura de 7ºC,, está em com N. A pressão total exercida pelos gases dentro do balão é igual a, atm e, nestas condições, encontra-se % dissociado. a) Determine o valor da constante de para a reação de dissociação do. Mostre os cáclulos realizados. b) Para a temperatura de 7ºC e pressão total dos gases dentro do balão igual a, atm, determine o grau de dissociação do. Mostre os cálculos realizados. a) N n,n,8n,4n,4n Representando por n o número de mols, por x a fração molar e por P a pressão do gás, temos: Σ n,8n +,4n,n p N x 4 N P,8n 4,n atm p N x N P,4n,n k p p N p N 6 atm (Resposta a) 7

3 b) N n αn n αn αn αn Σ n n αn + αn n + αn n( + α) p N n αn n( + α), α + α p N αn n( + α), α + α, atm, atm k p 6 6 α ( + α) α + α,, 4α, ( + α) ( α),,4α α 4α, ( + α) ( α), ( + α) 6(,4α ) α,4α α α, % (Resposta b),4,94. (IME) Dois experimentos foram realizados a volume constante e à temperatura T. No primeiro, destinado a estudar a formação do gás fosgênio, as pressões parciais encontradas no foram, atm para o cloro,, atm para o monóxido de carbono e, atm para o fosgênio. No segundo, estudou-se a dissociação de n moles de fosgênio de acordo com a reação: C C + sendo a pressão total P, no, igual a atm. Calcule o grau de dissociação α do fosgênio após o ser alcançado. Cálculo de K p no o experimento K p p C p Cl p CCl,,,,5 o experimento: mesma T, portanto, mesmo K p e grau de dissociação α. C C + n mol mol mol (n αn) mol (αn) mol (αn) mol n total (n αn) + αn + αn (n + αn) mol p CCl n αn n + αn P n αn n + αn α + α atm p C p αn n + αn α + α 74

4 K p,5 α + α α + α α,5,5 α,5 α,5 α,5/,5,476 α ( + α)( α) α α,5 α,476,8,8% (Resposta) 4. (IME) Num reator selado de,5 litros, sob vácuo, um certo volume de um composto orgânico, tóxico e volátil, de peso molecular 6, foi aquecido até 6 K. Nesta temperatura, metade do composto original se decompôs, formando monóxido de carbono e cloro. Se a pressão final no recipieente foi de,8 atm, determine: a) a fórmula estrutural plana do composto orgânico original; e b) o número inicial de moléculas do composto orgânico. Dados Pesos atômicos em u : C Cl 5,5 Constante de Avogrado 6, moléculas R,8 L atm mol K a) Não existe composto orgânico que por decomposição total fornece somente C e e que tem PM 6 u. Existe um e somente um composto orgânico que por decomposição total fornece somente C e, mas, tem PM 7 u C C Cl Cl (Resposta a) C PM u Vamos resolver o item (b) considerando PM 7 u b) Partindo de mol de C temos C C + mol mol mol mol, mol mol No temos: n PV RT n total +, + mol,8 atm,5 L,8 L atm mol K 6K mol Para termos mol no temos que partir de mol de C. C C + mol mol mol,5 mol mol,5 mol n total,5 + +,5 mol n inicial de C mol, moléculas. (Resposta b) 75

5 5. (IME) A reação de desidrogenação do etano a eteno, conduzida a 6K, tem constante de K p, igual a,. Sabendo-se que a pressão da mistura reacional no é igual a, atm, determine: a) a pressão parcial, em atmosferas, do eteno no ; b) a fração de etano convertido a eteno. C H 6 C H 4 + H n n αn αn αn Σ n n αn + αn n + αn n( + α) p C H 4 x C H 4 P p H p C H 4 p C H 6 x C H 6 P αn n( + α) α + α atm α + α atm k p p C H 4 p H p C H 6 n( α) n( + α) α + α atm α + α α + α α ( α))( + α) α α α α α α,77 7,7% (Resposta b) p C H 4 α + α,77,77,44 atm (Resposta a) 6. (IME) Num recipiente fechado, mantido a temperatura constante de 7 K, foram introduzidos,45 moles de dióxido de carbono e,45 moles de hidrogênio. Após certo tempo, estabeleceu-se o, aparecendo como espécies novas, monóxido de carbono e vapor d'água. Foram, então, adicionadas moles de uma mistura equimolecular dos reagentes. Calcule a nova composição de, sabendo-se que nestas condições K c é,6. C + H C + H,45 mol,45 mol mol mol (,45 x) mol (,45 x) mol x mol x mol x (,45 x),6 x,45 x,4 x,9 mol C + H C + H, mol, mol,9 mol,9 mol (, +,5) mol (, +,5) mol,9 mol,9 mol novo (7 y) mol (7 y) mol y mol y mol y (7 y),6 y 7 y,4 y,4(7 y) y,8,4y,4y,8 y,6 mol 76

6 Composição final do novo [C ] [H ] 7,6,48 mol/l [C] H ],6 mol/l Confirmação do resultado. (,6) (,6) K c,6 (,48) (,48) (Resposta) 7. A figura ao lado representa dois recipientes idênticos, A Válvula e B, interligados. recipiente A está acoplado a um manômetro e contém CaC Manômetro A B (s) na temperatura ambiente. s recipientes A e B são evacuados e a válvula de comunicação é fechada. A seguir os recipientes A e B são aquecidos uniformemente até a temperatura de 8 K e o sistema é então mantido nessa temperatura até o final do experimento. manômetro indica que a partir de uma dada CaC (s) temperatura, a pressão em A começou a subir e se manteve constante na temperatura de 8 K. A seguir a válvula é aberta e através do manômetro observa-se o que acontece com o decorrer do tempo com a pressão no interior dos recipientes interligados, até ser restabelecido o no sistema (sempre a 8 K). Restabelecido esse com a válvula aberta ainda restou CaC (s) no recipiente A. Pedem-se: a) As pressões em A, depois de estabelecido o, com a torneira aberta e fechada. b) As massas de CaC decompostas quando for estabelecido o com a torneira aberta e fechada. Dados: Volume de A Volume de B 8 ml MM do CaC g/mol K p, atm CaC (s) K p pc, atm Ca(s) + C A pressão em A com a torneira fechada e o sistema em é, atm. Abrindo a torneira, diminui a pressão no sistema e o CaC (s) se decompõe até a pressão atingir novamente, atm, quando o sistema estará novamente em. n C em A no com a torneira fechada. n C PV RT, atm,8 L,8 L atm mol K 8K 8 mol n CaC decomposto 8 mol m CaC decomposto mol g/mol,75 g 8 n C em (A + B) em com a torneira aberta: n C 6 n CaC decomposto mol g/mol,75 g mol As pressões em A e B depois de estabelecido o são iguais a, atm, pois K p, (Resposta a). As massas de CaC decompostas com a torneira fechada e aberta, depois de estabelecido o são,75 g e,75 g, respectivamente (Resposta b).

7 8. s gráficos a seguir apresentam os resultados obtidos em dois experimentos distintos realizados a 8 C. Gráfico Experimento (8ϒC) Gráfico Experimento (8ϒC) Concentração em mol/l,,4,8 Tempo H NH Concentração em mol/l Tempo H NH a) Com base somente nos dados do gráfico, calcule a constante de K a 8 C: NH + H K eq K (8 C) b) Calcule a concentração inicial (tempo ) do NH no experimento. a) H + NH, reage(m,,,4,4,64,8,8 K [ ] [H ],64 8 (Resposta a) [NH ],8 b) NH + H x reage(m x 8 (x ) (x ) (x ) ,5 4,8 x,8 +,8 mol/l de NH (Resposta b) 9. (IME) Um mol de ácido acético é adicionado a um mol de álcool etílico. Estabelecido o, 5% do ácido é esterificado. Calcule o número de mols de éster quando um novo for alcançado, após a adição de 44 g de acetato de etila. 78

8 a) Ácido + Álcool Éster + H reage(m [Éster] [H K ] [Ácido] [Álcool] MM do CH C C H 5 88 g/mol n éster 44 mol 88 Ácido + Álcool Éster + H forma(m + x + x x x + x + x x x ( x)( x) ( + x),5 + x + x,5x + x,5x,5 x, mol de éster n CH C C H 5,,9 mol (Resposta). (UEL-PR) Em um laboratório foi montado o equipamento mostrado ao lado para a realização de um experimento em duas etapas. A seringa maior (X) é o recipiente onde ocorrerão as reações e as seringas menores (Y) e (W) contêm os reagentes a serem transferidos para a seringa (X). volume da seringa (X) é de ml e os volumes das seringas (Y) e (W) são de ml em cada uma. Antes da adição dos gases, deve-se manter o pistão da seringa (X) na posição zero. Na etapa, com a seringa (Y), foram introduzidos ml de N na seringa (X). volume inicial de N na seringa (X), à temperatura ambiente (T) e pressão atmosférica (P), está mostrado na tabela a seguir. Na etapa, com auxílio da seringa (W), foi introduzido 9 ml de na seringa (X). novo volume ocupado pelos gases na seringa (X) está registrado na tabela a seguir. 79 Y W X

9 Volume (ml) à P atm, temperatura ambiente T ETAPA adicionado Total da seringa (X) N que não reagiu que não reagiu Inicial de N Final de N Final de,, 9 4, 8 6,5 5,8 A adição de na seringa (X) que contém N resulta na formação de N, seguido de sua dimerização em, de acordo com a equação a seguir: N + N A dimerização só ocorre quando a reação entre o N e o se completar. Quando a reação de dimerização atinge o químico, a seringa (X) contém N e, e os volumes destes gases são mostrados na tabela anterior. valor da constante de (K p ) da reação de dimerização é a) b),75 c), d), e) 4, Inicialmente vamos lembrar que todos os volumes gasosos foram medidos a atm de pressão (dado da tabela). De acordo com o enunciado da questão temos: Y W ml N X ml De acordo com o enunciado da questão ml de N e 9 ml de são transferidos para a ampola X. Vamos imaginar que o N e o ficassem separados no interior da ampola X. 9 ml ml N atm 9 ml atm êmbolo da ampola X Suponhamos agora que ocorre a reação do N com. N + N ml 9 ml ml final ml ml 8 ml ml 8 ml N ml N 8

10 Dimerização do N N 8 ml ml final 6,5 ml 5,8 ml (dados da tabela)(*) Vamos imaginar que o formado na reação e o N em excesso estejam separados na ampola X. 5,8 ml, ml 4, ml ml N N 5,8 ml 6,5 ml ml atm atm atm Note que durante o experimento P constante atm (Dado da questão) Cálculo das pressões parciais do + N P N 5,8 ml atm 4, ml x atm x,4 atm 4 P N 6,5 ml atm 4, ml y atm y,45 atm K p p N,4 (Resposta c) p N,45 (*) Na realidade o volume de N seria 5,75 ml 8

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