PAGQuímica 2011/1 Exercícios de Equilíbrio Químico

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1 PAGQuímica 2011/1 Exercícios de Equilíbrio Químico 1. Para o equilíbrio gasoso entre NO e O 2 formando NO 2 (2 NO (g) + O 2 (g) 2 NO 2 (g)), a constante de equilíbrio é Kc = 6,45 x a) em que concentração de O 2 as concentrações de NO 2 e de NO são iguais? b) em que concentração de O 2 a concentração de NO 2 é 100 vezes maior do que a concentração de NO? 2. Considere o seguinte equilíbrio: A (aq) B (aq), cujo Kc é 0,1. Se em um litro de solução adicionarmos 0,1 mol de A a 0,1 mol de B, quais vão ser as concentrações de A e B no equilíbrio? 3. A constante de equilíbrio Kp para a reação: PCl 3 (g) + Cl 2 (g) PCl 5 (g) é 0,0131 a 250º C. São colocados 1,50 mol de PCl 5, 3,00 mols de PCl 3 e 0,50 mols de Cl 2 num balão de 0,5 L a 250ºC. a) calcule Kc. b) o sistema está ou não está em equilíbrio? Justifique. c) caso não esteja, em que sentido está ocorrendo a reação? Justifique sua resposta. d) calcule a concentração das espécies quando o equilíbrio se estabelece. 4. Mistura-se um mol de álcool etílico puro (C 2 H 5 OH) com um mol de ácido acético (CH 3 CO 2 H) em 1 L de um solvente adequado. Após atingido o equilíbrio, a mistura contém 2/3 de mol de éster (CH 3 CO 2 C 2 H 5 ) além das outras substâncias. a) qual o valor da constante de equilíbrio Kc para a reação C 2 H 5 OH + CH 3 CO 2 H CH 3 CO 2 C 2 H 5 + H 2 O b) quantos mols de éster são formados no equilíbrio quando 3 mols de álcool são misturados com 1 mol de ácido em 1 L do mesmo solvente? c) o que acontece com uma mistura em equilíbrio se forem adicionados mais 3 L de solvente? 5. A certa temperatura, uma mistura em equilíbrio NO 2 + SO 2 NO + SO 3 foi analisada e encontrou-se seus componentes nas seguintes concentrações (mol/l): [NO 2 ] = 0,10, [SO 2 ] = 0,30, [NO] = 2,00, [SO 3 ] = 0,60. Se 0,50 mols de SO 2 são introduzidos, na mesma temperatura, quais serão as concentrações de reagentes e produtos quando o novo equilíbrio for estabelecido? O volume do recipiente é de 1 L. 6. NH 4 HS sólido a 25 o C é colocado em um recipiente evacuado, onde se decompõe de acordo com a reação NH 4 HS (s) NH 3 (g) + H 2 S (g) A pressão total dos gases, quando o equilíbrio é atingido, é de 0,658 atm. Qual a pressão parcial de cada espécie quando um novo equilíbrio é reestabelecido, após a adição de 0,300 atm de NH 3? 7. É dada a reação H + (aq) + CN - (aq) HCN (aq), cuja constante de equilíbrio é Kc = 4,76 x 108. a) calcule ΔG o para esta reação a 298 K

2 b) calcule ΔG para esta reação a 298 K quando a concentração de H + for 1,5 x 10-8, a de CN - for 5,4 x 10-5 mol/l e a de HCN for 3,2 x 10-3 c) nas condições da alínea b, em que sentido a reação está se deslocando? d) calcule ΔG para esta reação a 298 K quando todas as concentrações forem unitárias e) nas condições da alínea d, em que sentido a reação está se deslocando? f) qual deve ser a relação entre a concentração de H + e a de CN - para que ΔG da reação seja 18 kj a 298 K, sabendo que a concentração de HCN é unitária? 8. A síntese de 2 mols de HBr (g) a partir de hidrogênio gasoso e bromo líquido tem uma constante de equilíbrio Kp = 4,5 x a 25 C. Sabendo que a pressão de vapor de bromo líquido (pressão do vapor de bromo em equilíbrio com o líquido) é 0,28 atm, encontre o valor de Kp e ΔG o para a reação de síntese de 1 mol de HBr em fase gasosa na mesma temperatura. 9. As energias livres padrão de formação do cis e trans 2-buteno são, respectivamente, - 67,15 e - 64,10 kj/mol. Calcule as constantes de equilíbrio Kp e Kc para a reação de conversão cis 2-buteno trans 2-buteno 10. A 817 o C, Kp para a reação entre CO 2 puro e excesso de grafite quente para formar CO é 10, de acordo com a reação CO 2 (g) + C (s) 2 CO (g) a) qual é a pressão parcial dos gases no equilíbrio, na temperatura de 817 o C e pressão total de 4 atm? b) se 1 atm de CO for injetada no sistema em equilíbrio, qual o deslocamento observado? Qual será a pressão parcial de cada gás no novo equilíbrio? c) após um aumento do volume do vaso de reação, a análise da mistura gasosa em equilíbrio mostra 6 % de CO 2 em percentagem volumétrica. Qual a pressão total do sistema nesse equilíbrio? 11. A 25 o C, K C = 0,145 para a seguinte reação 2 BrCl (g) Br 2 (g) + Cl 2 (g) a) se a concentração inicial de cada substância é 0,040 mol/l, quais serão suas concentrações de equilíbrio? b) qual o percentual de dissociação do BrCl no equilíbrio? 12. Uma mistura reacional que consiste de 0,9 mol de H 2, 1,35 mol de I 2 e 0,45 mol de HI, foi preparada em um frasco de 3 L e aquecida a 500 K. Dado: K c = 0,0181, para a reação 2 HI (g) H 2 (g) + I 2 (g) a) qual a concentração de cada componente ao ser atingido o equilíbrio? b) qual a quantidade de HI que deve ser adicionada ao equilíbrio anterior para que o frasco contenha 0,3 mol de H 2 ao ser restabelecido o equilíbrio. c) qual o grau de dissociação do HI na alínea a)? 13. A 600º C, a constante de equilíbrio, K c, é 7,0 x 10 2 para a reação a seguir: PH 3 BCl 3 (s) PH 3 (g) + BCl 3 (g) a) um frasco de 2,5 L foi carregado com 8,66 g de PH 3 BCl 3, 0,100 mol de PH 3, 0,100 mol de BCl 3 e levado à temperatura de 600º C. Quais as concentrações no equilíbrio? b) em seguida, o equilíbrio anterior foi perturbado através da adição de mais 0,50 mol de PH 3. Quais as concentrações quando o novo equilíbrio é restabelecido?

3 c) qual o valor de K p para a reação acima representada? 14. A 673 K, a constante de equilíbrio, K c, é 0,215 para a reação a seguir NH 4 I (s) NH 3 (g) + HI (g) Um frasco de 2,5 L foi carregado com 607 g de NH 4 I, 1,50 mol de NH 3, 1,50 mol de HI e levado à temperatura de 673 K. a) o sistema está ou não está em equilíbrio? Caso não esteja, em que sentido está ocorrendo a reação? Justifique sua resposta. b) calcule a concentração das espécies quando o equilíbrio se estabelece. c) calcule o grau de dissociação do NH 4 I no equilíbrio quando 607 g de NH 4 I forem colocados no frasco evacuado de 2,5 L, a 673 K. 15. Escolha entre as soluções aquosas a seguir, NaOH, HCl ou FeCl 3, a que você usaria para melhor dissolver um precipitado de Fe(OH) 3. Explique a sua escolha. 16. a) Considere o seguinte sistema em equilíbrio, a uma dada temperatura: H 2 O (l) H 2 O (g) Explique, justificando, o que acontece com o sistema, se for adicionada a ele uma certa quantidade de água líquida em que o átomo de hidrogênio foi substituído por seu isótopo deutério. b) O hidróxido de zinco é um composto que não é muito solúvel em água. Ao se solubilizar, libera íons Zn 2+ e OH - em solução. Em que composto esse hidróxido deve ser mais solúvel: ácido nítrico ou hidróxido de amônio? Justifique. 17. A reação de fotossíntese é 6 CO 2 (g) + 6 H 2 O (l) C 6 H 12 O 6 (s) + 6 O 2 (g) e ΔHº = kj/mol. Supondo que a reação esteja em equilíbrio, diga, justificando, qual será o efeito de cada uma das seguintes perturbações no sentido do equilíbrio: a) a pressão parcial de O 2 é aumentada. b) o sistema é comprimido c) a temperatura é diminuída d) um pouco de C 6 H 12 O 6 é removida 18. Considere a reação: SnO 2 (s) + 2 H 2 (g) Sn(s) + 2 H 2 O(g), cujo ΔH é + 97,1 kj. Admita que o sistema está em equilíbrio. O que ocorrerá à concentração de H 2 no recipiente se: a) for adicionado H 2 O b) for adicionado SnO 2 c) for adicionado He d) for aumentado o volume do recipiente e) a temperatura for elevada 19. Usando o Princípio de Le Châtelier, faça uma previsão da consequência que a mudança dada na 1 a. coluna da tabela a seguir tem sobre a quantidade na 2 a. coluna, para o seguinte sistema em equilíbrio: 2 HCl (g) + I 2 (s) 2 HI (g) + Cl 2 (g) ΔH o = kj/mol Resposta a) diminuição de volume K c b) aumento de volume quantidade de Cl 2

4 c) aumento de temperatura K c d) adição de HI quantidade de Cl 2 e) adição de I 2 quantidade de HI f) remoção de Cl 2 quantidade de HI g) compressão quantidade de HCl h) redução da temperatura quantidade de HI i) adição de Cl 2 quantidade de I 2 j) adição de Cl 2 quantidade de Cl 2 l) adição de N 2 a volume constante quantidade de Cl 2 m) adição de catalisador quantidade de HCl 20. Use o princípio de Le Châtelier para prever a consequência que a mudança dada na primeira coluna da tabela a seguir tem sobre a quantidade na segunda coluna para o seguinte sistema em equilíbrio: 2 Pb(NO 3 ) 2 (s) 2 PbO (s) + 4 NO 2 (g) + O 2 (g) ΔH = 266,1 kj.mol 1 Cada mudança é aplicada separadamente ao sistema. Expresse a consequência como +, - ou =. Mudança Quantidade Consequência a) diminuição do volume K p b) aumento de volume quantidade de NO 2 c) aumento da temperatura K c d) adição de O 2 quantidade de NO 2 e) adição de PbO quantidade de O 2 f) remoção de NO 2 quantidade de PbO g) diminuição da temperatura quantidade de Pb(NO 3 ) 2 h) adição de Pb(NO 3 ) 2 quantidade de O 2 i) adição de gás inerte, a P e T quantidade de NO 2 constantes j) adição de um catalisador K p 21. Para o sistema em equiíbrio: C 2 H 5 OH (l) + 3 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 3 H 2 O (g) ΔH o = -1233,71 kj/mol a) escreva a expressão da constante de equilíbrio. b) use o Princípio de Le Châtelier para prever a consequência que a mudança dada na 1 a. coluna da Tabela a seguir tem sobre a quantidade na 2 a. coluna (cada mudança é aplicada separadamente ao sistema). Mudança Quantidade Resposta a) diminuição de volume K p b) aumento de volume quantidade de O 2 c) aumento de temperatura K p d) adição de H 2 O quantidade de C 2 H 5 OH e) adição de C 2 H 5 OH quantidade de CO 2 f) remoção de O 2 quantidade de C 2 H 5 OH g) compressão quantidade de O 2 h) redução da temperatura quantidade de CO 2 i) adição de CO 2 quantidade de O 2 j) adição de H 2 O quantidade de H 2 O k) adição de N 2 a P e T constantes quantidade de O 2 l) adição de catalisador quantidade de CO 2

5 22. Explique porque cada uma das seguintes afirmações é falsa: a) um processo não espontâneo endotérmico com ΔS positivo pode se tornar espontâneo em baixas temperaturas. b) o trabalho de compressão de um gás consumido em uma reação química é uma função de estado. c) quando uma reação química reversível atinge o equilíbrio, as concentrações de todos os reagentes e produtos são iguais entre si. d) uma reação exotérmica que produz mais mols de gás do que os que são consumidos, possui energia livre padrão de reação positiva. e) um sistema reacional reversível entra em equilíbrio químico quando sua velocidade atinge um mínimo e sua energia livre um máximo 23. Abaixo são feitas algumas afirmações. Atribua às mesmas o conceito verdadeiro (V) ou falso (F). No caso da afirmação ser falsa, reescreva-a corretamente. a) como ΔU é o calor trocado a pressão constante, um processo realizado com variação de pressão não tem ΔU associado a ele. b) a diferença entre Cp e Cv é de 0,082 atml/molk, portanto é desprezível. c) um sistema atinge o equilíbrio químico quando tanto a reação direta quanto a reação inversa têm velocidade nula. d) a adição de um reagente a um sistema em equilíbrio leva a um novo estado de equilíbrio onde a concentração desse reagente é menor que a sua concentração no equilíbrio inicial. e) para um gás, sendo a pressão proporcional à temperatura, o aumento da pressão em uma reação exotérmica desloca o equilíbrio no sentido da formação de reagentes. f) a evaporação da água aumenta a entropia do sistema. g) a 1ª lei da termodinâmica diz que, o que quer que aconteça em um sistema, a respectiva energia interna (ΔU) não varia. h) na reação N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) realizada a pressão constante, o exterior executa trabalho sobre o sistema. i) um sistema em equilíbrio é caracterizado por uma única relação de concentrações que conduz ao valor de sua constante de equilíbrio. j) como Energia Interna é função de estado e ΔU = q + w, então trabalho (w) e calor (q) também são funções de estado. k) um processo nem sempre será espontâneo quando a transformação for acompanhada por um aumento de entropia do sistema. l) quando se fornece 1000 J a um sistema, o aumento da desordem é maior se o sistema está a 150 o C do que quando o mesmo está a 50 o C. m) costuma-se dizer que uma reação praticamente não ocorre quando ΔG o >>> 0 e, consequentemente Keq <<< 1. Nessas condições, a mistura em equilíbrio é composta quase somente por reagentes. n) no equilíbrio químico os reagentes não são mais transformados em produtos.