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1 QUÍMICA PRÉ-VESTIBULAR LIVRO DO PROFESSOR

2 IESDE Brasil SA É proibida a reprodução, mesmo parial, por qualquer proesso, sem autorização por esrito dos autores e do detentor dos direitos autorais I9 IESDE Brasil SA / Pré-vestibular / IESDE Brasil SA Curitiba : IESDE Brasil SA, 008 [Livro do Professor] 8 p ISBN: Pré-vestibular Eduação Estudo e Ensino I Título CDD 7071 Disiplinas Língua Portuguesa Literatura Matemátia Físia Químia Biologia História Geografia Produção Autores Franis Madeira da S Sales Mário F Santiago Calixto Rita de Fátima Bezerra Fábio D Ávila Danton Pedro dos Santos Feres Fares Haroldo Costa Silva Filho Jayme Andrade Neto Renato Caldas Madeira Rodrigo Piraiaba Costa Cleber Ribeiro Maro Antonio Noronha Vitor M Saquette Edson Costa P da Cruz Fernanda Barbosa Fernando Pimentel Hélio Apostolo Rogério Fernandes Jefferson dos Santos da Silva Marelo Piinini Rafael F de Menezes Rogério de Sousa Gonçalves Vanessa Silva Duarte A R Vieira Enilson F Venânio Felipe Silveira de Souza Fernando Mousquer Projeto e Desenvolvimento Pedagógio

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5 Equilíbrio químio Quando a veloidade de vaporização (vd) se iguala à de ondensação (vi), dizemos que o sistema atingiu o equilíbrio Grafiamente, podemos representar esse e outros equilíbrios por: Quando observamos malabaristas se apresentando, temos a ideia mais ligada à dinâmia e movimento das partíulas no equilíbrio químio Entender a natureza desse equilíbrio, é onseguir entender o funionamento de n proessos, omo, por exemplo, omo o limão retira o heiro do peixe das mãos, o que leva os mergulhadores a não voltar rapidamente à superfíie et Coneitos iniiais Existem reações que oorrem nos dois sentidos do proesso, que passam a ser hamados de reversíveis, em que observamos reagentes e produtos serem onsumidos e produzidos simultaneamente nos dois sentidos Em geral podemos representar: ou os proessos reversíveis Ex: CH COOH + CH OH CH COOCH + H O N (g) NO (inolor) (astanho) Outro exemplo interessante é a onvivênia de estados físios diferentes no mesmo sistema, ou seja, um sistema reversível Nesse sistema, temos moléulas de água passando ontinuamente do estado líquido para o de vapor e do de vapor para o líquido veloidade V direita V inversa t V d V i equilíbrio tempo Uma onsequênia importante do fato de as duas veloidades serem iguais na situação de equilíbrio é que as quantidades dos partiipantes permaneem onstantes, porém não obrigatoriamente iguais Podemos então dizer que esse equilíbrio é dinâmio `` Exemplo: Dada a reação N inolor NO, observe: astanho O que aontee é que simultaneamente om a reação N (g) NO (g) oorre a reação no sentido oposto NO (g) N (g) e ambas om a mesma veloidade Sendo v 1 e v as veloidades das reações em ada sentido: v 1 N (g) v NO (g) H O (v) V d V i v 1 v equilíbrio EM_V_QUI_01 H O ( ) v d vi H O (I) H O (v) v d veloidade de vaporização v i veloidade de ondensação Equação da veloidade: deorrer do tempo: v 1 k 1 [N ] v k [NO ] [N ] diminuiu v 1 diminuiu k [NO ] aumentou v aumentou 1

6 No instante em que v 1 v equilíbrio [N ] e [NO ] permaneem onstantes Veja a seguir os gráfios mostrando a variação em função do tempo das veloidades v 1 e v e das onentrações [N ] e [NO ]: veloidade de reação 0 V 1 k 1 [N ] V k [NO ] sistema aminhando para o equilíbrio V 1 V tempo (s) sistema em equilíbrio Observe o ontexto itado a seguir, exemplo típio de equilíbrio químio no nosso organismo: apilares do orpo veia proveniente do orpo (pobre em O ) apilares do orpo CO CO das artérias para o pulmão (pobre em O, sangue azul) O metade metade direita esquerda músulo do oração liberação O HbO Hb + O apilares do pulmão O CO O oxigênio onsumido Hb + O HbO veia proveniente do pulmão (rio em O ) das artérias para o orpo (rio em O, sangue vermelho brilhante) IESDE Brasil SA quantidade (mol) 0,100 0,080 0,060 0,040 0,00 N NO sistema aminhando para o equilíbrio 0,080 mol de NO 0,060 mol de N (g) tempo (s) sistema em equilíbrio Generalizando: equilíbrio químio é uma reação reversível na qual a veloidade da reação direta é igual à da reação inversa e, onsequentemente, as onentrações das substânias partiipantes permaneem onstantes Temos a veloidade nos dois sentidos, quando atingido o equilíbrio, são iguais, elas perdem de erta forma seu signifiado, dando origem às onstantes de equilíbrio Mas devemos lembrar sempre das seguintes araterístias: as reações direta e inversa ontinuam oorrendo simultaneamente; nos equilíbrios, a veloidade da reação direta é sempre igual à veloidade da inversa; a não-oorrênia de mudança no sistema signifia que as onentrações no equilíbrio permaneem onstantes; d) esse tipo de equilíbrio somente é obtido em sistema fehado, a uma dada temperatura A reversibilidade químia é ilustrada por este diagrama simplifiado da irulação do sangue no orpo humano O oração é dividido em duas metades A metade da direita envia sangue pobre em O aos pulmões; a metade esquerda bombeia sangue rio em O ao orpo O oxigênio liga-se quimiamente à hemoglobina (H nos pulmões e, sob ondições diferentes, é liberado nos teidos do orpo O transporte do oxigênio atmosfério a várias partes do organismo é um proesso reversível Esse transporte é feito por uma moléula de estrutura omplexa enontrada no sangue, denominada hemoglobina A hemoglobina ombina-se om o oxigênio nos pulmões, formando a oxiemoglobina, que é transportada pelo sistema irulatório a todas as partes do orpo onde o oxigênio é usado nos proessos metabólios Hb + O HbO hemoglobina oxiemoglobina Constantes de equilíbrio Constante de equilíbrio em função das onentrações molares ( ) Consideremos o equilíbrio representado pela v equação geral: aa + bb 1v C + dd (sistema homogêneo) Supondo que as reações nos dois sentidos sejam elementares, temos: v 1 k 1 [A] a [B] b v k [C] [D] d Equilíbrio v 1 v k 1 [A] a [B] b k [C] [D] d EM_V_QUI_01

7 k 1 k [C] [D] d [A] a [B] b [C] [D] d [A] a [B] b onstante de equilíbrio A expressão da onstante de equilíbrio ( ) é a lei da ação das massas ou lei de Guldberg e Waage do equilíbrio, porque foi estabeleida por esses ientistas noruegueses em 186 Na dedução da expressão do, admitimos que as reações nos dois sentidos são elementares Na maioria dos asos, porém, elas oorrem em várias etapas Esse fato pode afetar a interpretação inétia da dedução da expressão do, mas não a expressão final do, deduzido pela termodinâmia por intermédio da energia livre da reação O valor do varia muito de um equilíbrio para outro Para um mesmo equilíbrio, o valor de varia om a temperatura, mas não om a onentração das substânias partiipantes nem om a pressão Veja a expressão da lei da ação das massas de Guldberg e Waage apliada aos equilíbrios seguintes, ou seja, a expressão das respetivas onstantes de equilíbrio ( ): [HI] H (g) + I (g) HI (g) [H ] [I ] NH (g) N (g) + H (g) [N ] [H ] [NH ] Grau de equilíbrio (α) Grau de equilíbrio ( ) é a relação entre a quantidade em mol onsumida de um reagente e a quantidade em mol iniial desse reagente Grau de equilíbrio quantidade em mol onsumida de um reagente quantidade em mol iniial desse reagente O grau de equilíbrio é um número puro (não tem unidade) e sempre menor que 1 ( < 1) É omumente expresso em porentagem (%) É importante não onfundir grau de equilíbrio om onstante de equilíbrio O grau de equilíbrio varia om a temperatura e om as onentrações das substânias partiipantes No aso de equilíbrio do qual partiipam gases, ele varia também om a pressão Constante de equilíbrio Varia om a temperatura Não varia om as onentrações das substânias Não varia om a pressão, mesmo que no equilíbrio haja substânias gasosas Grau de equilíbrio ( ) Varia om a temperatura Varia om as onentrações das substânias Varia om a pressão, quando pelo menos uma das substânias for gasosa EM_V_QUI_01 Interpretação do valor do e a extensão da reação Considere os exemplos e situação de equilíbrio a seguir e suas respetivas onstantes NO (g) + O (g) NO (g) [NO ] [NO ] [O ] 6, > 1: a onentração dos produtos (indiados no numerador) é maior que a dos reagentes (indiados no denominador), informando que a reação direta prevalee sobre a inversa N (g) + H (g) NH (g) [NH ] [N ] [H ], < 1: a onentração dos reagentes (denominador) é maior que a maioria dos produtos (numerador), indiando que a reação inversa prevalee sobre a direita Quanto maior for o valor de, maior será a extensão da oorrênia da reação direta Quanto menor for o valor de, maior será a extensão da oorrênia da reação inversa Constante de equilíbrio em função das pressões pariais ( p ) Até agora, a expressão do equilíbrio foi dada em termos de onentração mol/l ( ) No entanto, em equilíbrios nos quais pelo menos um dos partiipantes é um gás, a onstante de equilíbrio pode ser expressa em termos de pressões pariais dos gases envolvidos e, nesse aso, será representada por p Podemos, então dizer, que, nos equilíbrios gasosos homogêneos, a onstante de equilíbrio pode ser expressa em função das pressões pariais dos gases partiipantes Essa onstante de equilíbrio é representada por p Por exemplo: N + H (g) NH (g) p (p NH ) (p N ) (p H ) Generalizando: aa (g) + bb (g) C (g) + dd (g) p (p ) (p ) d D (p ) a (p ), b A B em que p A, p B, p C e p D são as pressões pariais de A, B, C e D, no sistema em equilíbrio p, assim omo, varia om a temperatura, mas não om as onentrações nem om as pressões das substânias partiipantes

8 Assim, as expressões de e p para os equilíbrios a seguir, por exemplo, são dadas por: CO (g) + O (g) CO (g) [CO ] (P CO ) [CO ] [O ] p (P CO ) (P O ) onde P CO, P O e P CO são as pressões pariais dos gases C + O CO (s) (g) (g) [CO ] [O ] p (P CO ) (P O ) Zn + HCl ZnCl + H (s) (aq) (aq) (g) [ZnCl ] [H ] [HCl ] Zn + (s) Cu+ (aq) [Zn+ (aq) ] [Cu + (aq) ] p P H Zn+ (aq) + Cu (s) p não é definido Substituindo esses dados na expressão do P iremos obter: ([C] RT) p ([A] RT) a ([B] RT) b [C] (RT) p [A] a [B] b (RT) a (RT) b [C] p [A] a [B] b (RT)( (a + p (RT) n, onde n india a variação do número de mol Equilíbrios heterogêneos Equilíbrios heterogêneos são aqueles nos quais os reagentes e os produtos formam um sistema heterogêneo Veja os quatro exemplos seguintes: 1 C (s) + CO (g) CO (g) CaCO (s) CaC (s) + CO (g) Cu + (aq) + Zn (s) Cu (s) + Zn+ (aq) 4 AgCl (s) + NH (aq) [Ag(NH ) ] + (aq) + Cl (g) 1) Na expressão de não devem ser representados os omponentes sólidos ) Na expressão de só devem ser representados os omponentes p gasosos ) Tanto quanto (onstantes de equilíbrio) p só variam om a temperatura Relação entre e p Uma vez que em alguns exeríios é omum dar uma das onstantes e se alular a outra, temos a equação de uma reação genéria: Em um sólido, omo a quantidade de partíulas por unidade de volume é onstante, sua onentração também é onstante e não deve apareer na expressão da onstante de equilíbrio As expressões do C e p (se houver) dos equilíbrios aima serão: 1 [CO] [CO ] p p CO p CO [CO ] p p CO [Zn+ ] (aq) p não existe porque o [Cu + equilíbrio não é gasoso (aq) ] 4 [Ag(NH )+ (aq) ][Cl (aq) ] [NH (aq) ] p não existe porque o equilíbrio não é gasoso 4 aa (g) + bb (g) C (g) [C] (p [A] a [B] b p C ) (p A ) a (p B ) b Lembrando que a equação geral dos gases é: PV n RT, e apliando essa expressão para os omponentes da reação genéria, temos: P A V n A RT P B V n B RT P C V n C RT P A n A V RT P B n B V RT P C n C V RT Como [gás] n V, temos: P A [A] RT P B [B] RT P C [C] RT Le Châtelier Henry Louis Le Châtelier ( ), uja influênia do pai que trabalhava omo inspetor geral das minas, na França fora fundamental no direionamento de seus estudos, tornou-se, em 1877, professor da Éole des Mines, em Paris No entanto, om o passar do tempo, o seu interesse omeçou a se voltar para outras áreas Le Châtelier foi um dos primeiros ientistas a relaionar os prinípios da termodinâmia om as reações químias Seu mérito e importânia foi ter perebido que nem todas as reações onsomem totalmente EM_V_QUI_01

9 os reagentes, ou seja, em muitas reações oorre uma situação de equilíbrio, na qual reagentes e produtos permaneem juntos, reagindo e se transformando Uma vez estabeleido um equilíbrio, podemos quebrá-lo e observar que ele se restabelee Quando um sistema está em equilíbrio, a veloidade da reação direta (1) é igual à veloidade da reação inversa (), e as onentrações molares de todos os partiipantes permaneem onstantes Observamos que um sistema em equilíbrio pode ser desloado no sentido direto ou inverso por meio de variações da temperatura, da pressão ou da onentração Entretanto, observe que se, sobre esse equilíbrio, não oorrer a ação de nenhum agente externo, ele tende a permaneer nessa situação indefinidamente Mas, se for exerida uma ação externa sobre esse equilíbrio, ele tende a reagir de maneira a minimizar os efeitos dessa ação Esse é o tema do Prinípio de Le Châtelier, também hamado de prinípio da fuga diante da força Prinípio de Le Châtelier: Quando se aplia uma força em um sistema em equilíbrio, ele tende a se desloar no sentido de diminuir ou fugir dos efeitos dessa força Fatores que alteram o equilíbrio onentração pressão temperatura Mas quais são as forças que podem desloar o equilíbrio? Para desloar um equilíbrio químio, é neessário alterar as veloidades da reação Conentração, pressão, temperatura são fatores preponderantes nessa alteração Conentração Quando se adiiona um reagente ou produto a um sistema em equilíbrio, esse equilíbrio se desloa no sentido oposto ao do membro em que oorre a adição adição de reagentes reagentes aumento da reação direta produtos reagentes adição de produtos produtos Por sua vez, a retirada de um reagente ou produto faz om que o equilíbrio se desloque no sentido do membro em que oorreu a retirada remoção de reagentes reagentes diminuição da reação direta produtos remoção de produtos reagentes produtos diminuição da reação direta EM_V_QUI_01 O Prinípio de Le Châtelier é fáil de ser entendido quando se onsidera que a onstante de equilíbrio depende somente da temperatura A onstante de equilíbrio não se altera om variações das onentrações dos partiipantes, om variações do volume nem om a pressão exerida Fatores que alteram o equilíbrio químio O desloamento de um equilíbrio químio obedee à lei de Le Châtelier: Se a um equilíbrio químio for apliada uma força externa, este se desloa no sentido oposto dessa força, de modo a minimizá-la A adição ou retirada de um sólido não desloa o equilíbrio Pressão Como a pressão está diretamente ligada à ideia do volume, podemos dizer que a diminuição de volume em um sistema gasoso geralmente provoa um aumento da pressão e vie-versa Desta forma, temos que: se a pressão for aumentada, o equilíbrio será desloado no sentido do menor volume Mas, se ela for diminuída, o equilíbrio será desloado no sentido de maior volume Em resumo: aumento da pressão diminuição da pressão ontração do volume expansão do volume 5

10 A variação da pressão não tem influênia nos equilíbrios não-gasosos, nem nos gasosos que oorrem sem variação de volume: H (g) + I (g) mols HI (g) mols Equilíbrios que não são desloados por variação da pressão: Cu (s) +Ag + Cu + +Ag(s) (aq) (aq) Fe + (aq) +6CN (aq) Fe O (s) +CO (g) [Fe(CN 6 )] 4 (aq) FeO (s) + CO (g) mol mol `` Resposta: Observe que a reação direta libera alor Portanto, temos: reação exotérmia H (g) + O (g) H O (g) reação endotérmia aumentando a onentração [H O], o equilíbrio é desloado para a esquerda; se diminuirmos a pressão, o equilíbrio é desloado no sentido do maior volume Os reagentes possuem volumes ( de hidrogênio e 1 de oxigênio) e o produto, Logo, o equilíbrio é desloado para a esquerda; se aumentarmos a temperatura, o equilíbrio é desloado no sentido da reação endotérmia, ou seja, para a esquerda; d) se diminuirmos a temperatura, o equilíbrio é desloado no sentido da reação exotérmia, ou seja, para a direita; e) a adição de um atalisador aumenta as veloidades direta e inversa na mesma proporção e, onsequentemente, o equilíbrio não é desloado Fe (s) +4H O (g) Fe (s) + 4H (g) 4 mol 4 mol Temperatura Alterar a temperatura mexe diretamente na inétia das olisões das moléulas, alterando a frequênia dos hoques, logo: o aumento da temperatura desloa o equilíbrio no sentido da reação endotérmia, e a redução da temperatura desloa o equilíbrio no sentido da reação exotérmia Em resumo: aumento da temperatura diminuição da temperatura endotérmia exotérmia Catalisadores São substânias que aumentam a veloidade da reação pela diminuição da energia de ativação (Eat), omo no equilíbrio, ele atua de igual forma, nos dois sentidos, não irá alterar o equilíbrio Uma reação genéria está representada pela equação e pelo gráfio a seguir: energia de ativação A B `` Exemplo: Dado o equilíbrio: H (g) +O (g) H O (g) + alor, E a (diret sem atalisador E a (invers sem atalisador em que sentido ele é desloado quando: se aumenta a onentração da água? E a (diret om atalisador E a (invers om atalisador se diminui a pressão do sistema? reagentes produtos 6 d) e) se aumenta a temperatura do sistema? se diminui a temperatura do sistema? se adiiona um atalisador? aminho da reação Como o aumento de veloidade da reação produzido pelo atalisador é o mesmo tanto para a reação direta omo para a inversa, ele não altera o equilíbrio EM_V_QUI_01

11 Catalisadores não desloam equilíbrio Se o atalisador aumenta a veloidade das reações direta e inversa, o únio efeito que ele provoa num equilíbrio é a diminuição do tempo neessário para que esse equilíbrio seja atingido Observe nos gráfios que, tanto numa reação omo na outra om e sem atalisador, o número de mol de A e de B no equilíbrio é igual: Z Y X t eq < A B (sem atalisador) t eq n ọ de mol t eq B A tempo A B (om atalisador) n ọ de mol Z `` Solução: C OH + CH COOH CH COO C + H O Iníio 1 mol 1 mol 0 mol 0 mol Equilíbrio 1 mol??? Quantidade de C OH que reagiu 1 1 mol A equação químia mostra que 1 mol de C OH reage om 1mol de CH COOH, produzindo 1 mol de CH COO C e 1 mol de H O Portanto, mol de C H OH reagem om mol de CH 5 COOH, produzindo mol de CH COO C H e 5 mol de H O Estabeleido o equilíbrio, resta 1 1 mol de CH COOH Esquematizando: C OH + CH COOH CH COO C + H O Y X t eq B A tempo Iníio 1 mol 1 mol 0 mol 0 mol Reagem / mol / mol - - Formam-se - - / mol / mol No equilíbrio 1/ mol 1/ mol / mol / molt EM_V_QUI_01 1 Um mol de álool etílio (C H OH) é adiionado a um 5 mol de áido aétio (CH COOH) Depois de um erto tempo, estabelee-se o equilíbrio: C OH + CH COOH CH COO C + H O aetato de etila Verifia-se que no equilíbrio existe 1 de mol de C OH Pede-se: o valor numério da onstante de equilíbrio (onstante de esterifiação); um esboço do gráfio de variação do número de mols dos reagentes e produtos em função do tempo, indique nesse gráfio o tempo (t eq ) depois do qual é atingido o equilíbrio Sendo V litros o volume do sistema, as onentrações em mol/l no equilíbrio serão: 1 [C OH] V mol L 1 1 [CH COOH] V mol L 1 [CH COO C ] V mol L 1 [H O] V mol L- [CH COO C ] [H O] [C OH] [ CH COOH] 4 V 1 V V 1 V 7

12 8 1 / 1/ 0 quantidade (mol) t eq CH COO C e H O C H OH e CH COOH tempo 16,0g de SO são aqueidos num tubo de apaidade igual a 10,0L, à temperatura onstante de C Estabeleido o equilíbrio, verifia-se a formação de 1,9g de O `` Calule o de dissoiação do SO, a C Esboe um gráfio mostrando a variação do núme- ro de mols dos reagentes e produtos em função do tempo Solução: SO SO + O Massa molar do SO 80,0g mol 1 16,0g n SO 0,00 mol 80,0g mol 1 Massa molar do O,0g mol -1 1,9g n O 1,0g mol 0,060 mol SO SO + O No iníio 0,00 mol 0 mol 0 mol No equilíbrio?? 0,060 mol A equação mostra que a formação de 1mol de O é aompanhada da formação de mols de SO Portanto, a formação de 0,0600 mol de O é aompanhada da formação de 0,0600 0,10 mol de SO Em ontrapartida, a equação mostra que a formação de 1mol de O é aompanhada da deomposição (dissoiação) de mols de SO Portanto, a formação de 0,600 mol de O é aompanhada da dissoiação de 0,0600 0,10 mol de SO n SO iniial 0,00 n SO dissoiado 0,10 n SO no equilíbrio 0,00 0,10 0,080 SO SO + O No iníio 0,00 mol 0 mol 0 mol Reagem 0,10 mol - - Formam-se - 0,10 mol 0,060 mol No equilíbrio 0,08 mol 0,10 mol 0,060 mol `` Como o volume do sistema é igual a 10,0L, as onentrações em mol/l serão: [SO ] 0,080 0,0080 mol L 1 10,0 [SO ] 0,1 10,0 [O ] 0,060 10,0 0,01 mol L 1 0,0060 mol L 1 [SO ] 0,01 0,060 [SO ] [O ] 0,0080 0,01 0,01 0,060 0,0080 0,0080 1, onentração(mol/l) 0,00 0,10 0,080 0,060 0 t eq SO SO O tempo (Vunesp) Na preipitação de huva áida, um dos áidos responsáveis pela aidez é o sulfúrio Um equilíbrio envolvido na formação desse áido na água da huva está representado pela equação: SO (g) SO (g) + O (g) Calule o valor da onstante de equilíbrio nas on- dições em que reagindo-se 6 mol L 1 de SO om 5mol L 1 de O, obtêm-se 4 mol L 1 de SO quando o sistema atinge o equilíbrio Construa um gráfio para esse equilíbrio represen- tando as onentrações em mol/l na ordenada e o tempo na absissa, e indique o ponto onde foi estabeleido o equilíbrio Solução: Pelos dados, temos que: Conentrações iniiais: [SO ] 6 mol L 1 e [O ] 5 mol L 1 Conentração no equilíbrio: [SO ] 4 mol L 1 Para que possamos determinar o valor da onstante de equilíbrio ( ), devemos onheer as onentrações em mol/l de todos os partiipantes no equilíbrio Para isso, onstruímos a tabela: EM_V_QUI_01

13 SO (g) + O (g) SO (g) Iníio 6 mol 5 mol 0 Proporção gasta X mol gasta Y mol forma 4mol Equilíbrio??? Como, no iníio, a quantidade de SO era igual a zero e, no equilíbrio, a sua quantidade é de 4 mol, isso signifia que foram formados 4 mol de SO Para que isso aonteça, devem ser onsumidos 4 mols de SO e mols de O, devido à proporção : 1 :, dada pelos oefiientes da equação Assim, a tabela ompleta será: Iniialmente, devemos determinar a pressão parial (P) de ada gás: 4,0 mol 6,0atm SO P 0,4 mol x SO 0,6atm O SO 4,0 mol 6,0atm 1,6 mol x 4,0 mol 6,0atm 1,6 mol x P O,4atm P SO,0atm A seguir, substituímos esses valores na expressão de p : (P SO ) (,0) p (P SO ) (P O ) p (0,6) (,4) p 10,4 SO (g) + O (g) SO (g) Iníio 6 mol 5 mol 0 Proporção gasta 4 mol gasta mol forma 4 mol Equilíbrio mol mol 4 mol O número de mol determinado orresponde às onentrações em mol/l dos omponentes da reação, onforme dado no enuniado Logo: [SO ] (4) [SO ] [O ] () 4 () 1, [ ] t eq SO O SO tempo 5 Nas lâmpadas omuns, quando estão aesas, o tungstênio do filamento sublima, depositando-se na superfíie interna do bulbo Nas hamadas lâmpadas halógenas, existe, em seu interior, iodo para diminuir a deposição de tungstênio Estas, quando aesas, apresentam uma reação de equilíbrio que pode ser representada por: 1W (s) + I (g) WI 6(g) Na superfíie do filamento (região de temperatura elevad, o equilíbrio está desloado para a esquerda Próximo à superfíie do bulbo (região mais fri, o equilíbrio está desloado para a direita Esreva a expressão para a onstante de equilíbrio A formação de WI, a partir dos elementos 6(g) onforme a equação aima, é exotérmia ou endotérmia? Justifique a resposta 4 (FAAP) Um reipiente fehado ontém o sistema gasoso representado pela equação: `` Solução: 1W (s) + I (g) WI 6(g) `` SO (g) + O (g) SO (g), sob pressão de 6,0atm e onstituído por 0,4 mol de SO, 1,6 mol de O e,0 mol de SO Determine o valor da onstante de equilíbrio do sistema em termos de pressões pariais Solução: Numa mistura gasosa, a pressão parial de um gás é proporional ao seu número de mol O número total de mol na mistura é: [ WI 6 ] pwi 6 e p [ I ] ( pi ) De aordo om o texto: uma diminuição da temperatura desloa o equilíbrio no sentido da reação direta e uma elevação de temperatura, no sentido da reação inversa 1W (s) + I (g) abaixamento da temperatura elevação da temperatura WI 6(g) De aordo om o Prinípio de Le Châtelier, a diminuição da temperatura desloa o equilíbrio no sentido da reação exotérmia EM_V_QUI_01 n de mol de SO + n de mol de O + n de mol de SO 0,4 + 1,6 +,0 4,0 Como a diminuição da temperatura desloa o equilíbrio no sentido da formação do WI 6(g), esta formação é exotérmia (Δ H < 0) 9

14 6 `` O que aontee om a onstante do equilíbrio SO (g) + O (g) SO (g) ΗH < 0 quando: se aumenta a onentração do dióxido de enxofre (SO )? se aumenta a pressão do sistema? se aumenta a temperatura? Solução: se a onentração de SO aumentar, o equilíbrio se desloará para a direita, fazendo aumentar a onentração de SO e diminuir a onentração de O Vamos analisar essas alterações na expressão da onstante de equilíbrio: aumentou NO (g) alaranjado N (g) inolor Quando a ampola é resfriada num banho om gelo piado, a or alaranjada tende a desapareer Com base nessa experiênia, esreva a reação no sentido em que é desloada, indiando se é endotérmia ( ΗH > 0) ou exotérmia ( ΗH < 0) Imagine que nosso sistema seja transferido para uma outra ampola (iniialmente om váuo) de apaidade maior, na mesma temperatura Esreva a reação indiando o sentido em que é desloada e a sua or predominante Justifique, também, a intensidade dessa or Esreva a expressão da onstante de equilíbrio da reação proposta anteriormente, em termos das pressões pariais 10 7 [SO ] [SO ] [O ] aumentou diminuiu Como uma alteração neutraliza a outra, o valor de não será alterado também não se altera, pois depende apenas da temperatura Como o ΗH é menor que zero, a reação direta é exotérmia: SO (g) + O (g) reação exotérmia reação endotérmia [SO ] [SO ] [O ] SO (g) Portanto, se aumentarmos a temperatura, o equilíbrio será desloado para a esquerda (sentido da reação endotérmi, aarretando diminuição da onentração [SO ] Como é diretamente proporional a [SO ], seu valor diminuirá (UFV) O equilíbrio de qualquer sistema reativo é de natureza dinâmia, isto é, não existem reações 100% quantitativas Por outro lado, onheida a reação e apliando o Prinípio de Le Châtelier, poderíamos desloar a ondição de equilíbrio do lado das espéies químias mais desejáveis A adição de HNO onentrado sobre obre metálio produz o gás NO, que, quando reolhido e fehado numa ampola, dimeriza-se de tal forma a apresentar o seguinte equilíbrio: `` 8 Solução: Um aumento de temperatura favoree a reação endotérmia, enquanto uma diminuição favoree a exotérmia A partir disso, temos: omo a or alaranjada tende a desapareer quando a ampola é resfriada, o equilíbrio está se desloando para a direita, pois a onentração de NO (alaranjado) diminui, favoreendo a formação de N Assim, a reação direta foi favoreida por um abaixamento de temperatura, sendo, pois, exotérmia: NO exotérmia N endotérmia se há um aumento de volume, temos uma diminuição de pressão, fazendo om que o equilíbrio se desloque no sentido do maior número de mol, ou seja, nesse aso, para a esquerda: NO (g) V 1V N (g) Devido à maior formação de NO (g), a or alaranjada tende a se intensifiar p P O N 4 (P ) NO Os gráfios abaixo, todos na mesma esala, indiam as onentrações molares dos reagentes e produtos em função do tempo numa reação genéria A B Em relação às ondições da reação do gráfio I, que modifiações devem ter sido feitas para a obtenção dos gráfios II e III? A reação no sentido direto (A B) é endotérmia ou exotérmia? EM_V_QUI_01

15 [ ] mol L 1 (I) [A] [B] [ ] mol L 1 (III) ` ` Solução: [A] [B] tempo tempo [ ] mol L 1 (II) [A] [B] tempo No gráfio II, o equilíbrio foi estabeleido num tempo menor que no I e [A] e [B] não foram alteradas; portanto, não houve desloamento de equilíbrio Isso india que a reação referente ao gráfio II oorreu na presença de atalisador No gráfio III, o equilíbrio também foi estabeleido em tempo menor, mas, omo [A] e [B] foram alteradas, a reação oorreu numa temperatura mais alta que em (I) Como a elevação da temperatura aumentou [B], o equilíbrio foi desloado para a direita ( ); portanto, a reação é endotérmia A B ΔH > 0 1 Considerando o equilíbrio que envolve o gás arbônio em solução aquosa: CO (g) + H O (l) 1HCO (aq) + 1H O (aq) Quando o refrigerante é ingerido, a elevada onentração de íons H O (aq) 1+ no estômago provoa o desloamento do equilíbrio para a esquerda, aumentando a quantidade de gás arbônio, CO (g), desprendido e ausando o arroto Esse desprendimento ainda é favoreido pela diminuição da pressão e pelo aumento da temperatura (Elite) Esreva a expressão da onstante de equilíbrio em termos de onentração ( ) dos seguintes equilíbrios: O CO é engarrafado nos refrigerantes sob alta (g) pressão Quando o líquido é ingerido, a pressão diminui o sufiiente para provoar o esape do gás A maior temperatura do organismo em relação ao refrigerante, em geral onsumido gelado, também provoa uma diminuição na solubilidade do CO (g) (Cesgranrio) O gráfio seguinte refere-se ao sistema químio ao qual se aplia o Prinípio de Le Châtelier EM_V_QUI_01 9 `` Refrigerantes possuem grandes quantidades de gás arbônio dissolvido A equação abaixo representa, simplifiadamente, o equilíbrio envolvendo esse gás em solução aquosa CO (g) + H O (l) 1HCO (aq) + 1H O (aq) A dissolução de gases em líquidos é favoreida pelo aumento da pressão e pela diminuição da temperatura Por outro lado, a onentração de íons hidrogênio no estômago é elevada À luz desses fatos, explique a erutação (arroto) provoada pela ingestão do refrigerante Solução: Analise o gráfio e indique a opção orreta: A adição de I em t aumentou a onentração (g) 1 de HI (g) A adição de H em t aumentou a onentração (g) de I (g) A adição de H em t levou o sistema ao equilíbrio (g) d) A adição de H em t aumentou a onentração (g) 1 de HI (g) e) A adição de HI em t alterou o equilíbrio do sistema (g) A seguir são apresentados a equação químia da síntese da amônia na indústria, a relação da onstante de 11

16 1 4 equilíbrio ( ) e os seus valores determinados experimentalmente Analise esses dados Temperatura (ºC) (L/mol) 5 5, , ,4 10 Julgue os itens a seguir, oloando V para verdadeiro e F para falso Na reação em questão, os reagentes não são total- mente transformados em amônia No estado de equilíbrio, em um sistema fehado, estão presentes a amônia (NH ) ou os gases hidrogênio (H ) e nitrogênio (N ) Analisando os valores de da tabela, onlui-se que o rendimento da reação na indústria será maior na temperatura de 5ºC do que na temperatura de 1 000ºC d) A uma mesma temperatura, o aumento na onen- tração dos gases hidrogênio (H ) e nitrogênio (N ) alterará a onentração da amônia (NH ) no novo estado de equilíbrio sem alterar o valor de (UFRJ) O gráfio ao lado representa alterações na onentração das espéies N, H e NH, que estão em equilíbrio no instante t 0, sob pressão e temperatura onstantes Analise o gráfio e responda: Que substânia foi adiionada ao sistema em t? 1 Que variação sofre a onstante de equilíbrio ( ) quando variam as onentrações em t? Como variam as onentrações de N e H em t? d) Como variam as onentrações de NH e de H em t 4, quando N é retirado? 5 6 Considere as seguintes afirmações sobre equilíbrios químios: I II III As veloidades das reações opostas são iguais No equilíbrio não existem reações químias As onentrações dos partiipantes são iguais entre si IV As onentrações dos partiipantes são onstantes ao longo do tempo Estão orretas somente as afirmativas: I e II I e III I e IV d) II e III e) III e IV A expressão de equilíbrio do proesso pode ser dada por: d) e) 7 No proesso reversível admita que a onstante de equilíbrio seja igual a 4, em uma dada temperatura Sabendo que a onentração de N vale 0,5 mol/l, a onentração de NO valerá: mol/l mol/l,5 mol/l d) mol/l e),5 mol/l 8 Esreva a expressão da onstante de equilíbrio ( ) para as seguintes reações genérias de equilíbrios homogêneos: 9 Considere o proesso No equilíbrio, uma análise revela: EM_V_QUI_01

17 Determine o valor da onstante de equilíbrio ( ) na temperatura do proesso 10 Um equilíbrio homogêneo possui, a 5ºC, uma onstante 10 A equação químia é dada por No equilíbrio tem-se: Determine [D] (Cesgranrio) Considere a reação: H + OH H O em equilíbrio, a 5ºC Sabendo que, para a reação H + + OH H O, a veloidade é v [H + ][OH ] e para a reação H O H + + OH, a veloidade é v 10-5 [H O], a onstante em equilíbrio, a 5ºC, será: -10 5, , , d) 5, e) 5, Em determinadas ondições de temperatura e pressão, existem 0,5mol/L de N em equilíbrio om mols/l de NO, segundo a equação Qual o valor da onstante ( ) desse equilíbrio nas ondições da experiênia? 1 No sistema a relação é igual a: RT 1 (RT) (RT) d) (RT) e) (RT) d) O aumento da temperatura do sistema diminui a quantidade de amônia produzida e) A onstante de equilíbrio da reação expressa, em ter- mos de pressões pariais, p, é dada pela expressão: 15 (Cesgranrio) Assinale a opção que apresenta o gráfio que relaiona, qualitativamente, o efeito da temperatura (T) sobre a onstante de equilíbrio () de uma reação endotérmia d) e) EM_V_QUI_01 14 Considere a reação de equilíbrio, na qual a formação da amônia é aompanhada de desprendimento de alor Com respeito a essa reação, realizada em um reipiente fehado de volume onstante, a uma dada temperatura, são feitas as afirmações a seguir Assinale a afirmação inorreta A formação de amônia leva à diminuição da pres- são iniial reinante dentro do reipiente Se a pressão parial de H for aumentada, a quantidade de NH produzida aumenta A adição de um atalisador ao sistema aumenta o valor da onstante de equilíbrio da reação 16 O hidrogênio moleular pode ser obtido industrialmente pelo tratamento do metano om vapor de água O proesso envolve a seguinte reação endotérmia: Com relação ao sistema em equilíbrio, pode-se afirmar orretamente que: a presença de um atalisador afeta a omposição da mistura a presença de um atalisador afeta a onstante de equilíbrio 1

18 17 o aumento da pressão diminui a quantidade de CH 4(g) d) o aumento da temperatura afeta a onstante de equilíbrio e) o aumento da temperatura diminui a quantidade de CO (g) O equilíbrio químio: pode ser desloado para a direita: aumentando-se a temperatura, sob a pressão onstante aumentando-se a pressão, sob temperatura onstante; removendo-se o AB formado (g) d) diminuindo-se a pressão, sob temperatura onstante e) introduzindo-se um atalisador 18 Considere o sistema em equilíbrio: Dado o equilíbrio genério, determine a onstante de equilíbrio, onsiderando os dados abaixo: [A] mol/l [B] 1mol/L [C] 1mol/L [D] 0,5mol/L 4 Admita que o equilíbrio apresente 0,1 5 Sabendo que no equilíbrio há 0, mol/l de H e 0,5 mol de N, determine a onentração de amônia A uma dada temperatura, um reipiente de paredes rígidas, om volume de,0l, ontém o equilíbrio: 19 Aumentando a pressão desse sistema: o equilíbrio se desloará para a direita o equilíbrio se desloará para a esquerda o equilíbrio não será influeniado d) aumentará a onentração de O e) diminuirá a onentração de H O Considere o sistema em equilíbrio: Aumentando a pressão total, a alternativa orreta é: d) a massa total do sistema diminuirá a quantidade de oxigênio no sistema aumentará a quantidade de água no sistema aumentará a quantidade de hidrogênio no sistema aumentará e) o número total de moléulas no sistema permane- erá onstante 6 7 Determine a onstante de equilíbrio desse proesso, sabendo que o reipiente ontém g de ada gás Um balão de vidro possui um volume onstante de 5L e enerra o equilíbrio Na temperatura do proesso, sabe-se que o valor da onstante de equilíbrio é igual a 0,1 Admitido que as onentrações molares das espéies HI e I sejam, respetivamente, iguais a 1,0M e 0,M, determine a massa do gás hidrogênio presente no equilíbrio (dada a massa atômia: H 1) O diagrama a seguir representa as ondições do equilíbrio realizado a uma erta temperatura 14 1 (Elite) Um químio deseja alançar o equilíbrio a partir de,0 mol de gás NO, em um reipiente de 4 Chamando de n a quantidade de mols de N que se forma no equilíbrio, determine a onentração molar de ada gás no equilíbrio, em função de n (Elite) Esreva a expressão da Lei da Ação das Massas para os equilíbrios homogêneos: 8 Utilizando as informações do diagrama, determine o valor da onstante de equilíbrio A uma dada temperatura, o equilíbrio pode ser representado pelo diagrama EM_V_QUI_01

19 N, gás inolor Dois tubos fehados foram preparados om a mesma oloração iniial Um deles foi mergulhado em banho de gelo + água e o outro em água 80 ºC O tubo frio se tornou inolor e o quente assumiu uma oloração astanho-avermelhada mais intensa Com base nas observações desritas, explique se a reação de dimerização é endotérmia ou exotérmia Em qual das duas temperaturas o valor numério da onstante de equilíbrio é maior? Explique 14 (UFRJ) Uma das ausas de inêndios em florestas é a ombustão espontânea dos ompostos orgânios, generiamente representada pela equação abaixo: 9 Utilizando as informações do diagrama, determine o valor da onstante de equilíbrio (UFRJ) Em um reipiente de um litro foi adiionado um mol de uma substânia gasosa A, que imediatamente passou a sofrer uma reação de deomposição As onentrações molares de A foram medidas em diversos momentos e verifiou-se que, a partir do déimo minuto, a sua onentração se tornava onstante, onforme os dados registrados no gráfio a seguir: Observe que o desloamento do ponto de equilíbrio da reação pode tornar a ombustão mais intensa Dois fatores, entre outros, que podem ontribuir para tal fato são: I O aumento da pressão parial do O (g) II A baixa umidade relativa do ar em dias quentes Explique por que esses fatores desloam o equilíbrio da equação no sentido da ombustão 15 Considere a reação representada pela equação: EM_V_QUI_01 A deomposição de A oorre segundo a equação: Determine a veloidade média de deomposição de A durante os primeiros quatro minutos Calule a onstante de equilíbrio 10 (Elite) A reação para quando o equilíbrio é estabeleido? 11 Observe a reação: Explique esse equilíbrio 1 A uma erta temperatura, mols de NH estão a 0% dissoiados em N e H Sabendo que o volume do reipiente é igual a 5L, determine o valor de para o equilíbrio 1 A temperatura ambiente, o NO, gás astanho-avermelhado, está sempre em equilíbrio om o seu dímero, o Assinale a alternativa que não apresenta fatores que aumentam a veloidade da reação direta Aumento da onentração do oxigênio Diluição do sistema Elevação da temperatura d) Presença de um atalisador e) Pulverização do arbono 16 (Cesgranrio) Considere o equilíbrio e as seguintes afirmativas: I Um aumento da pressão sobre o sistema desloa o equilíbrio no sentido (1) II Aumentando-se a pressão sobre o sistema, as onentrações de N e O diminuem III Diminuindo-se a pressão sobre o sistema, o equilíbrio é desloado no sentido (1) IV Diminuindo-se a pressão sobre o sistema, diminuem as onentrações de N e O Estão orretas: apenas I e II apenas I e III 15

20 17 d) e) apenas II e III apenas II e IV apenas III e IV (Cesgranrio) O sistema representado pela equação estava em equilíbrio No entanto, esse estado de equilíbrio foi alterado brusamente pela adição da substânia G Sabendo que o sistema reage no sentido de restabeleer o equilíbrio, assinale o gráfio que melhor representa as modifiações oorridas ao longo do proesso desrito d) a retirada do metano a adição do hidrogênio a diminuição da temperatura a adição de um atalisador e) o aumento de pressão total 19 (Cesgranrio) Em um sistema em equilíbrio, a 5ºC, as ontrações de NOCI (g), NO (g) e CI (g) são, respetivamente, iguais a 5M, M e M Calule a onstante de equilíbrio, a 5ºC, para a reação 0 (PUC-RJ) O gráfio mostra a variação das onentrações de H, I e HI, durante a reação de 1 mol de H om 1mol de I, num balão de 1L, a uma temperatura de 100ºC, em função do tempo A equação da reação é: d) Qual é a onstante de equilíbrio dessa reação? 1 O equilíbrio químio tem onstante em termos de pressões pariais, p, expressa pela relação: e) 18 O metanol (CH OH) é um ombustível alternativo que pode ser produzido, em ondições adequadas, a partir do gás de água, de aordo om a reação: d) 16 Para aumentar a produção do metanol, uma das modifiações abaixo pode ser apliada, exeto: e) EM_V_QUI_01

21 O gráfio abaixo ilustra a variação da onentração, no equilíbrio, de um determinado produto X de uma reação químia, om as variações de pressão e temperatura Reagentes e produtos são todos gasosos Do exposto e da análise do gráfio, pode-se onluir que: 00 C 400 C 500 C 500 C a reação, na direção da produção de X, é endotér- mia d) e) o aumento da pressão faz o equilíbrio desloar-se na direção das reagentes na equação químia balaneada, o número total de mols dos produtos é menor que o de reagentes sob temperaturas sufiientemente baixas, poderia ser obtido 100% de X a adição de um atalisador aumentaria a onen- tração de X, em qualquer temperatura EM_V_QUI_01 17

22 D [NO ] [NO] [O ] [PC ] [C ] [PC ] [HO] [C ] 4 [HC ] [O ] 5 V F V d) V Considerando que, quando oorre a adição de qualquer partiipante do equilíbrio, há um aumento bruso em sua onentração ( ) nesse instante e que sua onentração diminui gradativamente até atingir uma nova situação de equilíbrio, demonstrada grafiamente por uma reta paralela à absissa No instante t oorreu um aumento bruso na onentração do N 1 A variação de onentração não altera a onstante de equilíbrio ( ) No instante t oorreu um aumento bruso na onentração de NH, o que provoou um desloamento do equilíbrio para a esquerda: N + H NH fazendo om que as onentrações de N e H aumentassem d) Se o N for retirado no instante t, o equilíbrio se 4 desloa para a esquerda e, om isso, a onentração NH diminui e a de H aumenta C E A 4 [C][D] [A] [B] [Y] [M] [X] EM_V_QUI_01

23 9 10 ( n)mol n n [NO ] mol/l ou M 4L 4 4 n n [N] mol/l ou M 4 4 n n Resposta: [NO ] M e [N] M 4 4 [NO] [N ][O ] 11 E 1 N O NO C 8 0,5 B C B D C A C 4 [NOC ] [C ][NO] [HBr] [Br ][H ] EM_V_QUI_01 1 NO N Quantidade (iniial) mol 0 Forma -- n Reagem n -- (esta linha obedee aos oefiientes) No equilíbrio n n quantidade de mols Logo, no equilíbrio, temos [gás] volume do reipiente 5 1 mol SO 64g x g 0,5 mol x x 0,5 mol / L 1 mol O g 1 mol SO 80g z g 0,4 mol z z0, mol/l 19

24 6 7 NH N H Iníio mols 0 0 Reagem 0,4 mol Formam (esta linha -- 0, mol 0,6 mol obedee aos oefiientes : 1 : No equilíbrio 0,4 0, mol 0,6 mol 1,6 mol Conentração no equilíbrio (V 5L) 1,6 mol/5l 0, mol/5l 0,6 mol/5l Importante: não se esqueça de dividir a quantidade de mols pelo volume do sistema A onstante do equilíbrio é, então, dada pela expressão: Dn 1-0,4 0,6 v 0,15 mol/lmin Dt 4 4 A B + C Iníio Reage 0,8 0,4 0,4 Equilíbrio 0, 0,4 0,4 0, 4 0, 4 0,16 4 (0, ) 0, Não, na verdade, são duas reações opostas que oorrem om a mesma veloidade 11 O loreto de obalto é um sal que muda de or de aordo om a umidade do ar Em dias úmidos, o vapor da água desloa o equilíbrio para a direita, de modo que o sal fique rosa Em dias seos, há perda de água e o equilíbrio desloa-se para a esquerda Assim, o sal fia azul 1 A questão fornee o grau de equilíbrio, ou seja, a porentagem de mols de NH que reage: Reagem: 0% de mol 0,( mol) 0,4 mol Restam no equilíbrio: 0,4 1,6 mol Construindo a tabela, temos: 1 Exotérmia 0 C 14 De aordo om o Prinípio de Le Châtelier, ao mexer em um lado do sistema, o equilíbrio se desloará para o lado oposto Tratando-se de uma reação exotérmia, a baixa umidade favoree a ombustão 15 B 16 A 17 D 18 D 19 0 [Hl] [H ][l ] [1,] [0,4] 9 1 C C EM_V_QUI_01