ESCOLA SECUNDÁRIA DE MONSERRATE

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1 ESCOLA SECUNDÁRIA DE MONSERRATE F.Q. A 2º ANO EQUILÍBRIO QUÍMICO 1. Para ocorrer uma situação de equilíbrio num sistema são necessárias, pelo menos, duas das condições seguintes: A Todos os reagentes se convertam em produtos. B Uma reacção reversível. C Duas reacções simultâneas em sentidos opostos. D Um sistema fechado. E A rapidez da reacção inversa seja zero. 2. Qual ou quais das opções seguintes completam correctamente a frase: "O valor da constante de equilíbrio..."? A... aumenta quando aumentam as concentrações de reagentes. B... pode sofrer alteração se a temperatura variar. C... de um sistema em fase gasosa pode variar se a pressão também variar. D... varia se for utilizado um catalisador. E... aumenta se aumentarem as concentrações dos produtos da reacção. 3. Para haver equilíbrio químico é necessário, entre outras condições, que: A A reacção directa e a reacção inversa ocorram com igual rapidez. B A quantidade de produtos seja igual à quantidade de reagentes. C O valor da constante de equilíbrio seja igual a Escreve a expressão da constante de equilíbrio para as seguintes reacções: (A) 2 CO (g) + O 2 (g) 2 CO 2 (g) (B) 2 H 2 (g) + CO (g) CH 3 OH (g) (C) PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) (D) 2 H 2 S (g) + 3 O 2 (g) 2 H 2 O (g) + 2 SO 2 (g) 5. De entre as reacções seguintes, indica quais são as que envolvem equilíbrios homogéneos e as que envolvem equilíbrios heterogéneos. (A) 2 NO (g) + O 2 (g) 2 NO 2 (g) (B) 2 Cu(NO 3 ) 2 (s) 2 CuO (s) + 4 NO 2 (g) + O 2 (g) (C) 2 N 2 O (g) 2 N 2 (g) + O 2 (g) (D) 2 NH 3 (g) + 3 CuO (s) 3 H 2 O (g) + N 2 (g) + 3 Cu (s) 6. Para determinar a constante de equilíbrio da reacção química representada por: 2 NO (g) + O 2 (g) 2 NO 2 (g)

2 misturaram-se, num reactor laboratorial de 15 litros, monóxido de azoto e oxigénio. Quando se atingiu o equilíbrio químico estavam presentes 9x10-2 moles de monóxido de azoto, 5x10-2 moles de oxigénio e 4x10-2 moles de dióxido de azoto. Calcule o valor da constante de equilíbrio Kc à temperatura de trabalho. 7. A constante de equilíbrio para a reacção: N 2 (g) + O 2 (g) 2 NO (g) é 2,5x10-2, a 2130 C. Determina a constante de equilíbrio para a equação: NO (g) ½ N 2 (g) + ½ O 2 (g) 8. Por vezes, uma reacção química resulta da soma de duas etapas (reacções parciais), como no caso seguinte: 2 NO (g) N 2 (g) + O 2 (g) K 1 N 2 (g) + 2 O 2 (g) N 2 O 4 (g) K 2 2 NO (g) + O 2 (g) N 2 O 4 (g) K 3 Demonstra que a constante K 3 é obtida pelo produto das duas constantes (K 1 e K 2 ), ou seja: K 3 = K 1 x K 2 9. Um recipiente de 1,5 dm 3 de capacidade contém, em equilíbrio, 63,4 g de PCl 5, 7,75 x 10-2 mol de PCl 3 e 127,8 g de Cl 2, a uma dada temperatura. A reacção que ocorre é traduzida pela equação: PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) Calcula o valor da constante de equilíbrio da reacção de decomposição do PCl 5 à temperatura da experiência. 10. Tem em atenção o gráfico abaixo indicado. Neste gráfico está registado o modo como variam as concentrações dos reagentes e dos produtos da reacção, ao longo do tempo, num sistema onde ocorre a seguinte reacção de equilíbrio: H 2 (g) + I 2 (g) 2 HI (g) Quais são as concentrações iniciais dos reagentes? Em que instante se atingiu o equilíbrio? Justifique Determina o valor da constante de equilíbrio à temperatura a que foi feita a experiência.

3 10.4. Qual dos gráficos seguintes representa a variação das velocidades das reacções directa e inversa, até se atingir o equilíbrio? I II III 11. Num recipiente fechado de volume igual a 20 cm 3, à temperatura de 256 C, dá-se a decomposição do iodeto de hidrogénio, segundo a equação: 2HI (g) H 2 (g) + I 2 (g) Inicialmente introduzem-se 25,6 g de HI e quando se atinge o equilíbrio estão presentes 0,20 mol de H 2. Calcula o valor da constante de equilíbrio à temperatura da experiência. 12. Uma amostra de 2,0 mol de dióxido de azoto é colocada num reactor de 80,0 L de capacidade, à temperatura de 200 C, tendo-se dissociado 6,0%. A equação que traduz este equilíbrio é: 2 NO 2 (g) 2 NO (g) + O 2 (g) Calcule o valor da constante de equilíbrio da reacção a 200 C. 13. Um reactor com 2,0 L de capacidade contém 1,0 mol de SO 2, 3,0 mol de O 2 e 8,0 mol de SO 3, em equilíbrio. O valor da constante de equilíbrio Kc para a reacção traduzida pela equação: 2 SO 2 (g) + O 2 (g) 2 SO 3 (g) é: A 1,25x10-3 C 42,7 B 160 D 5,0x Para a temperatura T, a reacção de equilíbrio traduzida por N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g) tem Kc = 1. Isto significa que, a essa temperatura: A [N 2 O 4 ] = 0 D [N 2 O 4 ] = 2 [NO 2 ] B [N 2 O 4 ] = 1 E [N 2 O 4 ] = [NO 2 ] 2 C [N 2 O 4 ] = [NO 2 ] 15. Durante a 1.ª Guerra Mundial utilizou-se, para o fabrico de explosivos, o amoníaco produzido pelo processo de Haber, que pode ser traduzido pela seguinte equação química: N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) com Kc = 6,06 à temperatura T. No reactor de Haber encontram-se em equilíbrio di-hidrogénio e amoníaco com as concentrações iguais a 7,68 mol dm -3 e 90,0 mol dm -3, respectivamente. A concentração de diazoto será: A 0,34 mol dm -3 C 2,95 mol dm -3 B 0,23 mol dm -3 D 108,4 mol dm -3

4 16. Considere o equilíbrio químico à temperatura T: A (g) + B (g) C (g) + D (g) Inicialmente, [A(g)] = [B(g)] = 0,60 mol/dm 3 e ao ser atingido o equilíbrio, [C(g)] = 0,40 mol/dm 3. Calcule o valor da constante de equilíbrio à temperatura referida. (Kc = 4) 17. A reacção traduzida por: N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) H < 0 apresenta, a 350 ºC. para a constante de equilíbrio Kc, o valor 2,37 x Num determinado estrado de equilíbrio, à temperatura referida, as concentrações são: [N 2 ] = 0,683 mol.dm -3 ; [H 2 ] = 8,80 mol. dm -3 ; [NH 3 ] = 1,05 mol. dm -3 ; Considere que, num dado instante t1, a concentração de amoníaco foi aumentada para 3,0 mol. dm -3, a temperatura constante. Indique, justificando, o sentido em que evolui o sistema até atingir outro estrado de equilíbrio.(, Q = 1,93 x 10-2 ) Escolha entre os gráficos I, II e III, aquele que é compatível com a situação apresentada. Justifique A uma temperatura T, as concentrações de equilíbrio para o mesmo sistema são: [N 2 ] = 0,808 mol. dm -3 ; [H 2 ] = 9,180 mol. dm -3 ; [NH 3 ] = 0,800 mol. dm -3 Calcule o valor da constante de equilíbrio Kc, nestas condições, e indique, com a respectiva justificação, se a temperatura T é superior ou inferior a 350 ºC. (Kc = 1,0 x 10-3, T > 350ºC) 18. Colocou-se num recipiente de 5,0 dm 3 de capacidade 1,00 mol de iodeto de hidrogénio. O sistema atingiu o equilíbrio à temperatura de 458 C Complete o quadro. 2 HI (g) H 2 (g) + I 2 (g) Nº inicial de moles 1, Variação do nº de moles Nº moles no equilíbrio 0,79 Concentração no equilíbrio (mol. dm -3 ) Calcule o valor de Kc à temperatura de 458 C. (Kc = = 1,77 x 10-2 )

5 19. Um processo industrial importante para a preparação de hidrogénio é traduzido pela equação química: CO (g)+ H 2 O (g) H 2 (g) + CO 2 (g) kj Inicialmente misturaram-se 2 mol de CO (g) com 1,5 mol de H 2 O (g) num recipiente com 2 dm 3 de capacidade. A uma dada temperatura atingiu-se o equilíbrio, sendo a concentração de CO (g) no equilíbrio de 0,35 mol/dm 3. Determina as concentrações dos restantes componentes do sistema. ([H 2 O] = 0,10; [H 2 ] = [CO 2 ] = 0,65) Entre as seguintes alterações, indica, justificando, a(s) que conduz(em) a uma maior produção de hidrogénio: A) adição de água; B) adição de dióxido de carbono; C) remoção de monóxido de carbono; D) aumento da temperatura; E) diminuição do volume do recipiente onde se processa a reacção; 20. Uma mistura de 0,1 mol de NO, 0.5 mol de H 2 e 0,1 mol de H 2 O foi colocada num vaso de quatro litros de capacidade, tendo-se estabelecido o equilíbrio a uma dada temperatura: 2 NO (g) + 2 H 2 (g) N 2 (g) + 2 H 2 O (g) Analisando a composição do sistema em equilíbrio, verificou-se a presença de 0,07 mol de NO Calcula as concentrações das várias espécies presentes no equilíbrio. ([NO] = 0,0175, [H 2 O] = 0,0325; [H 2 ] = 0,118; [N 2 ] = 0,0038) Que alteração prevês, quanto ao sistema em equilíbrio se: i) se introduzir uma substância que reaja com o hidrogénio; ii) se introduzir uma substância que reaja com o azoto, iii) se introduzir monóxido de azoto; iv) se aumentar o volume do vaso onde se processa a reacção; v) se adicionar um catalisador; = vi) se aumentar a pressão. 21. Misturando 10 mol de Cl 2 com 4 mol de H 2 O num recipiente de capacidade 2 dm 3, é atingido um estado de equilíbrio a uma determinada temperatura, de acordo com a seguinte equação: 2 Cl 2 (g) + 2 H 2 O (g) 4 HCl (g) + O 2 (g) (reacção endotérmica) A quantidade de Cl 2 no equilíbrio é 7 mol Calcula a massa de H 2 O que reagiu. (54 g) Determina as concentrações de todas as espécies presentes no sistema em equilíbrio Alguma das reacções pode considerar-se completa? Justifica Que alterações prevês, quanto ao sistema em equilíbrio, se: i) se diminuir o volume do recipiente onde se encontra o sistema; ii) se diminuir a temperatura; iii) se aumentar a concentração de Cl 2 ; iv) se adicionar um catalisador.

6 22. Considera o sistema em equilíbrio à temperatura de 25 C. N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g) A concentração inicial de N 2 O 4 é 0,670 mol. dm -3 e, no equilíbrio é 0,6427 mol. dm -3. Calcula: a concentração de NO; no equilíbrio;(5,46 x 10-2 mol/dm 3 ) o valor da constante de equilíbrio Kc; (Kc = 4,6 x 10-3 ) * g de ácido acético reagem com 23 g de álcool etílico obtendo-se 18,43 g de acetato de etilo e água. Calcula a constante de equilíbrio à temperatura da experiência. A equação que traduz a reacção de esterificação é: (Kc = 1,22) CH 3 COOH (l) + CH 3 CH 2 OH (l) CH 3 COOCH 2 CH 3 (l) + H 2 O (l) 24. Num recipiente de 5,0 dm 3 introduziram-se 4,0 mol de PCl 5 à temperatura T. Quando se atingiu o equilíbrio químico, 60 % de PCl 5 estava dissociado. PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) Calcula o valor da constante de equilíbrio à temperatura T. (Kc = 0,72) 25. Considera o seguinte equilíbrio químico à temperatura t = 200 C. N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) A constante de equilíbrio, à temperatura referida, é Kc = 0,65. Num recipiente de 10 dm 3 introduziram-se 2,0 mol de N 2, 0,40 mol de H 2 e 0,030 mol de NH Verifica que o sistema não está em equilíbrio e indica em que sentido se deve deslocar para atingir o equilíbrio. (Q = 0,70, ) Se no sistema em equilíbrio se adicionar algum NH 3 indica, justificando, em que sentido se desloca o equilíbrio. 26. Considere a seguinte equação química: 2 CH 4 (g) + O 2 (g) 2 CO (g) + 4 H 2 (g) Admitindo que, inicialmente, se misturam CH 4 (g) e O 2 (g) em concentrações iguais, os gráficos A e B não podem traduzir a evolução do sistema até atingir o equilíbrio. Indica, para cada um dos gráficos A e B, uma razão que justifique a afirmação anterior Escreve a expressão da constante de equilíbrio Em que sentido se deslocaria o equilíbrio se fosse aumentado o volume do sistema reaccional, mantendo constante a temperatura? Justifica com o quociente da reacção.

7 27. Considere o equilíbrio traduzido pela equação: CH 4 (g) + H 2 O (g) CO (g) + 3 H 2 (g) À temperatura T, Kc = 2,0. Num vaso fechado de capacidade 1,0 L, introduziram-se 1,0 mol de cada um dos componentes do sistema O sistema estará em equilíbrio? Justifique Em que sentido progredirá a reacção até se estabelecer o equilíbrio? Justifique. 28. Considere o equilíbrio traduzido pela equação: 2 H 2 O (g) + 2 Cl 2 (g) 4 HCl (g) + O 2 (g). Sabendo que a reacção é exotérmica, qual o efeito na concentração de equilíbrio de O 2 por: A Adição de um catalisador. B Aumento da pressão total do sistema. C Aumento da temperatura. D Aumento da concentração de Cl A 425 K, a constante de equilíbrio para a reacção: 2 HI (g) H 2 (g) + I 2 (g) é Kc = 1,8 x Num balão de 1,0 L de capacidade introduziram-se, a 425 K, 0,25 mol de cada um dos intervenientes na reacção referida Determine o quociente de reacção Indique em que sentido evolui o sistema até atingir o equilíbrio, 30. Num recipiente de 1,0 L de capacidade colocaram-se 1,0 mol de PCl 5. A 250 C verificou-se a decomposição parcial do PCl 5 de acordo com a equação: PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) Após o estabelecimento do equilíbrio, o número de moles de Cl 2 é 0,47 mol. Complete as frases de modo a obter afirmações cientificamente correctas. A O número de moles de PCl 5 que reagiu foi. B O valor da constante de equilíbrio, Kc é. C A percentagem de decomposição de PCl 5 foi de. 31. Num recipiente de 1,0 L de capacidade introduziram-se 2,0 mol de C, que reagiram segundo o esquema: A (g) + B (g) 2 C (g) À temperatura T, o sistema atinge o equilíbrio, sendo Kc = 1,2. Determine as concentrações de equilíbrio dos três gases.