CINÉTICA QUÍMICA Folha 13 Prof.: João Roberto Mazzei

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1 Unidade Temática: Equilíbrio Químico Professor: Roberto Mazzei 1. (Ufg 14) As reações a seguir são fundamentais para o equilíbrio ácido-base em mamíferos. H O + CO H CO HCO - + H + Com base nessas reações, conclui-se que um primata, introduzido em uma atmosfera rica em CO, após a absorção desse gás, apresentará, como resposta fisiológica imediata, uma a) hiperventilação devido à resposta bulbar decorrente do aumento da concentração de íons H + no líquido intracelular. b) hiperventilação devido à resposta renal decorrente do aumento da concentração de íons HCO no ultrafiltrado glomerular. c) hipoventilação devido à resposta bulbar decorrente do aumento da concentração de H CO no líquido intracelular. d) hipoventilação devido à resposta pulmonar decorrente do aumento da concentração de HCO nos alvéolos. e) hipoventilação devido à resposta renal decorrente do aumento H + no ultrafiltrado glomerular.. (Fmp 18) O galinho do tempo é um bibelô, na forma de um pequeno galo, que, dependendo das condições meteorológicas daquele instante, pode mudar de cor, passando de azul para rosa e viceversa. O íon [CoC l 4 ](aq) apresenta cor azul e o íon [Co(H O) 6 ](aq) apresenta cor rosa. A equação envolvida nesse processo é representada por [CoC l 4 ](aq) 6 H O ( l ) [Co(H O) 6 ](aq) 4 Cl (aq) Segundo o Princípio de Le Chatelier, a cor do galinho em um dia de sol e a expressão da constante de equilíbrio de ionização são, respectivamente, CoCl 4 a) azul e K 4 Co(HO) 6 Cl 4 Co(HO) 6 Cl b) azul e K CoCl 4 6 CoCl 4 HO c) rosa e K 4 Co(HO) 6 Cl 4 Co(HO) 6 Cl d) rosa e K 6 CoCl 4 HO

2 4 Co(HO) 6 Cl e) azul e K 6 CoCl 4 HO. (Unesp 18) Sob temperatura constante, acrescentou-se cloreto de sódio em água até sobrar sal sem se dissolver, como corpo de fundo. Estabeleceu-se assim o seguinte equilíbrio: NaCl (s) Na + (aq) + Cl - (aq) Mantendo a temperatura constante, foi acrescentada mais uma porção de NaC l (s). Com isso, observase que a condutibilidade elétrica da solução sobrenadante, a quantidade de corpo de fundo e a concentração de íons em solução. As lacunas do texto devem ser preenchidas, respectivamente, por: a) não se altera aumenta aumenta b) não se altera não se altera não se altera c) não se altera aumenta não se altera d) aumenta diminui aumenta e) diminui aumenta aumenta 4. (Ufjf-pism 17) O ozônio é um gás que existe em pequenas quantidades (cerca de 1%) na troposfera, mas em maior concentração na estratosfera, constituindo a camada de ozônio. a) Na troposfera, o ozônio reage com o óxido de nitrogênio produzindo oxigênio e dióxido de nitrogênio, 4 cuja constante de equilíbrio é 6, 1. De acordo com as concentrações descritas abaixo, verifique se o sistema está em equilíbrio. Composto O NO O NO Concentração 1 (mol L ) b) Utilizando os dados para a reação do ozônio com o dióxido de nitrogênio na atmosfera, fornecidos abaixo, determine a expressão da velocidade e calcule o valor da constante de velocidade dessa reação 1 [NO ] mol L [O ] mol L 1 Velocidade mol L 1 s , , 1 4,4 1, 1 c) Na troposfera, o ozônio também reage com compostos orgânicos insaturados prejudicando a qualidade de vida dos organismos vivos. Escreva a reação de ozonólise do metilbuteno na troposfera. 5. (Ita 17) Considere as reações químicas reversíveis I e II:

3 k I. 1 BrO(aq) SO(aq) Br(aq) SO 4(aq). k II. O (g) + O (g) O (g) A respeito das reações I e II responda às solicitações dos itens a e b, respectivamente: a) Sabendo que a reação I ocorre em meio ácido e que a sua reação direta é sujeita à lei de velocidade dada por v k 1 BrO SO H, expresse a lei de velocidade para a reação reversa. b) Calcule a constante de equilíbrio da reação II dadas as seguintes reações e suas respectivas constantes de equilíbrio: hν 49 (g) (g) (g) eq. NO NO O K 4, 1 O NO NO O K, 1 (g) (g) (g) (g) eq (Uem-pas 17) O oxigênio (O ) do ar que respiramos, ao chegar aos pulmões, entra em contato com a hemoglobina (Hb) do sangue, dando origem à oxiemoglobina (HbO ), que é responsável pelo transporte de O até as células do organismo. Assim, ocorre no sangue o seguinte equilíbrio químico: Hb(aq) O(g) HbO(aq) Sobre estas informações e sobre os conceitos de equilíbrio químico, assinale o que for correto. 1) Em grandes altitudes, algumas pessoas podem sentir tonturas e fadiga, devido ao equilíbrio deslocar-se para a esquerda. ) Pessoas com maior taxa de produção de hemoglobina tendem a sentir mais o efeito da altitude. 4) A reação química apresentada trata de um equilíbrio químico homogêneo. 8) A expressão algébrica do equilíbrio químico que representa a formação de oxiemoglobina é K [Hb][O ] [HbO ]. 16) Podemos afirmar que a reação está em equilíbrio químico, pois a velocidade de formação da oxiemoglobina igualou-se à velocidade de formação da hemoglobina. 7. (Ufjf-pism 17) Segundo o princípio de Le Châtelier, se um sistema em equilíbrio é submetido a qualquer perturbação externa, o equilíbrio é deslocado no sentido contrário a esta perturbação. Assim, conforme o sistema se ajusta, a posição do equilíbrio se desloca favorecendo a formação de mais produtos ou reagentes. A figura abaixo mostra diferentes variações no equilíbrio da reação de produção de amônia de acordo com a perturbação que ocorre. N(g) H(g) NH(g)

4 Em quais tempos verifica-se um efeito que desloca o equilíbrio favorecendo os reagentes? a) t 1, t, t 6 b) t 1, t 4, t 6 c) t, t, t 4 d) t, t 4, t 5 e) t, t 5, t 6 8. (Pucsp 17) Durante uma transformação química as concentrações das substâncias participantes foram determinadas ao longo do tempo. O gráfico a seguir resume os dados obtidos ao longo do experimento. A respeito do experimento, foram feitas algumas afirmações: I. A e B são reagentes e C é o produto da reação estudada. II. A reação química estudada é corretamente representada pela equação: B C A III. Não houve consumo completo dos reagentes, sendo atingido o equilíbrio químico. IV. A constante de equilíbrio dessa reação, no sentido da formação de A, nas condições do experimento é menor do que 1. Estão corretas apenas as afirmações: a) I e IV. b) II e III. c) II e IV. d) III e IV. 9. (Ime 17) Considere a reação, em equilíbrio, de produção do alvejante gasoso dióxido de cloro, que ocorre em um sistema reacional:

5 Cl (g) NaCl O(s) Cl O(g) NaCl (s) Nessa situação, assinale a alternativa correta. a) A adição de mais clorito de sódio ao sistema desloca o equilíbrio da reação, de forma a produzir mais alvejante gasoso. b) A razão entre as constantes de equilíbrio KP K C é igual a,8568 T, em que T é a temperatura do sistema reacional, medida em kelvin. c) A retirada parcial de cloreto de sódio do sistema desloca o equilíbrio da reação, de forma a produzir menos alvejante gasoso. d) A constante de equilíbrio K P é igual à constante de equilíbrio K C. e) Para duas diferentes temperaturas do sistema reacional, desde que elevadas e compatíveis com a manutenção do equilíbrio, o valor numérico da constante de equilíbrio inalterada a produção de alvejante gasoso. 1. (Fac. Santa Marcelina - Medicin 17) Analise os gráficos dos sistemas 1 e. K P é o mesmo, mantendo Os gráficos mostram a variação da concentração de reagentes e de produtos em dois sistemas, em que ocorrem, respectivamente, as reações genéricas A ƒ B e X ƒ Y, até que ambos entrem em equilíbrio dinâmico. a) Considerando que ambos os equilíbrios ocorrem na mesma temperatura, determine qual das reações apresenta a maior constante de equilíbrio. Justifique sua resposta. b) Considere que, em um recipiente de 5 litros, foi adicionado, mol da substância A. Calcule a concentração da substância B no sistema em equilíbrio e a constante de equilíbrio para o sistema 1, sabendo que apenas % de A se converteu em B. 11. (Acafe 17) Considere os seguintes equilíbrios químicos hipotéticos e suas respectivas constantes de equilíbrio (K) sob temperatura de 4 K. A B AB K (g) (g) (g) I AB B AB K (g) (g) 5(g) II A 5 B AB K (g) (g) 5(g) III Assinale a alternativa que melhor representa o valor de a) KIII KI KII K K K b) III I II c) KIII K I (K II) K III :

6 d) K III (K I) KII 1. (Unicid - Medicina 17) Considere os equilíbrios: 1. SO(g) O(g) ƒ SO(g) 5 Kc 9,9 1 a 5 C. O(g) N(g) ƒ NO(g) Kc 4, 1 a 5 C a) Com base nos valores de Kc, informe a direção preferencial de cada um desses sistemas. b) A que fenômeno ambiental a equação 1 pode ser corretamente relacionada? Explique como ela participa da formação desse fenômeno. 1. (Fac. Albert Einstein - Medicin 17) O trióxido de enxofre (SO ) é obtido a partir da reação do dióxido de enxofre (SO ) com o gás oxigênio (O ), representada pelo equilíbrio a seguir. θ SO(g) O(g) SO(g) ΔH 198 kj A constante de equilíbrio, K C, para esse processo a 1. C é igual a 8. A respeito dessa reação, foram feitas as seguintes afirmações: I. A constante de equilíbrio da síntese do SO a C deve ser menor que 8. II. Se na condição de equilíbrio a 1. C a concentração de O é de,1mol L 1 e a concentração 1 1 de SO é de,1mol L, então a concentração de SO é de,8 mol L. III. Se, atingida a condição de equilíbrio, o volume do recipiente for reduzido sem alteração na temperatura, não haverá alteração no valor da constante de equilíbrio, mas haverá aumento no rendimento de formação do SO. IV. Essa é uma reação de oxirredução, em que o dióxido de enxofre é o agente redutor. Estão corretas apenas as afirmações: a) II e IV. b) I e III. c) I e IV. d) III e IV. 14. (Unicamp 17) Uma equação química é uma equação matemática no sentido de representar uma igualdade: todos os átomos e suas quantidades que aparecem nos reagentes também devem constar nos produtos. Considerando uma equação química e sua correspondente constante de equilíbrio, pode-se afirmar corretamente que, multiplicando-se todos os seus coeficientes por, a constante de equilíbrio associada a esta nova equação será a) o dobro da constante da primeira equação química, o que está de acordo com um produtório. b) o quadrado da constante da primeira equação, o que está de acordo com um produtório. c) igual à da primeira equação, pois ela é uma constante, o que está de acordo com um somatório. d) a constante da primeira equação multiplicada por l n, o que está de acordo com um somatório. 15. (Fuvest 17) Uma das formas de se medir temperaturas em fase gasosa é por meio de reações com constantes de equilíbrio muito bem conhecidas, chamadas de reações-termômetro. Uma dessas

7 reações, que ocorre entre o ânion tiofenolato e o,,-trifluoroetanol, está representada pela equação química Para essa reação, foram determinados os valores da constante de equilíbrio em duas temperaturas distintas. Temperatura (K) 9 5, ,4 1 Constante de equilíbrio a) Essa reação é exotérmica ou endotérmica? Explique, utilizando os dados de constante de equilíbrio apresentados. b) Explique por que, no produto dessa reação, há uma forte interação entre o átomo de hidrogênio do álcool e o átomo de enxofre do ânion.

8 GABARITO: Resposta da questão 1: [A] [Resposta do ponto de vista da disciplina de Biologia] O aumento da concentração do CO nos tecidos do corpo do primata provoca a redução do ph sanguíneo para valores inferiores a 7,4 (acidose sanguínea), porque o equilíbrio químico é deslocado para a direita, no sentido de formar os íons H + e HCO -. Esse fato provocará uma resposta bulbar no sentido de aumentar a frequência respiratória (hiperventilação) e, consequentemente, o deslocamento do equilíbrio para a esquerda com a formação de CO gasoso. O consumo dos íons H + provoca a normalização do ph sanguíneo e evita a desnaturação das proteínas plasmáticas do animal. [Resposta do ponto de vista da disciplina de Química] Com a elevação da concentração de CO o equilíbrio será deslocado para a direita, consequentemente a concentração de cátions H + aumentará e o valor do ph diminuirá. O mamífero hiperventilará para restabelecer o equilíbrio e diminuir a concentração de cátions H + no sangue. Resposta da questão : [B] Em um dia de sol ocorre a evaporação da água e o equilíbrio desloca para a esquerda, consequentemente, a cor resultante é o azul. Evapora [CoC l ](aq) 6 H O ( l ) [Co(H O) 6 ](aq) 4 Cl (aq) Deslocamento Azul para a esquerda Rosa ( l ) 4 (aq) ( l ) 6 (aq) l(aq) 1[CoC l ] 6 H O 1[Co(H O) ] 4 C H O constante (aq) Cl (aq) [Co(H O) ] K 1 [CoC l 4 ] (aq) Resposta da questão : [C] Observação 1: acrescentando-se uma porção de NaC l (s) e mantendo-se a temperatura constante a condutibilidade elétrica da solução sobrenadante não se altera, já que a concentração permanece constante e em equilíbrio com o corpo de fundo. Observação : a quantidade de corpo de fundo aumenta, pois a solução está saturada. Observação : a quantidade de íons em solução não se altera, já que a solução está saturada e atingiu o equilíbrio NaC l (s) Na (aq) C l (aq) em relação ao corpo de fundo ou precipitado.

9 Resposta da questão 4: a) Reação: O(g) NO(g) O(g) NO(g) 4 C [O 6 5 ] [NO] (11 ) (11 ) [O ] [NO ] (8 1 ) ( 1 ) K 16 1 Pelo valor do K calculado o sistema não está em equilíbrio, pois é menor que o b) Expressão de velocidade: v k [NO ] [O ] 5 5, 1 k(5 1 ) (11 ) 7 1 k 4,4 1 s c) Teremos: 4 K eq. Resposta da questão 5: a) A reação I ocorre em meio ácido e sua reação direta é sujeita à lei de velocidade dada por: vdireta k 1[BrO ][SO ][H ]. Para I: k1 BrO(aq) SO(aq) Br(aq) SO4(aq) k v1 k 1[BrO ][SO ] v k [Br ][SO 4 ] No equilíbrio v1 v. k 1[BrO ][SO ] k [Br ][SO 4 ] k 1 [Br ][SO 4 ] (a) k [BrO ][SO ] vreversa vdireta k 1[BrO ][SO ][H ] vreversa k 1[BrO ][SO ][H ] vre versa k 1 (b) [BrO ][SO ][H ] Substituindo (b) em (a), vem:

10 v Re versa [BrO ][SO ][H ] [Br ][SO 4 ] k [BrO ][SO ] v Re versa [Br ][SO 4 ] k [BrO ][SO ][H ] [BrO ][SO ] [Br ][SO 4 ] vre versa k [BrO ][SO ][H ] [BrO ][SO ] [Br ][SO 4 ] vre versa k [BrO ] [SO ][H ] [BrO ] [SO ][SO ] [H ][Br ][SO 4 ] vre versa k (Lei da velocidade para a reação reversa) [SO ] b) Cálculo da constante de equilíbrio da reação II: O(g) O(g) O(g) [O ] KII [O ][O] hυ 49 [NO][O] NO (g) NO(g) O(g) Keq. 4, 1 [NO ] hυ 4 [NO ][O ] O(g) NO(g) NO(g) O(g) Keq., 1 [O ][NO] 49 [NO][O] [NO ] [O] 4, 1 (1) [NO 49 ] [NO] 4, 1 4 [NO ][O ] 4 [NO ] [O ], 1, 1 () [O ][NO] [NO] [O ] Substituindo (1) em (), vem: 4 [O] [O ], , 1 [O ] [O ] 1 KII [O 49 4 ][O] 4, 1, KII,15 1 1,5 1 Resposta da questão 6: = 17. [1] Correta. Em elevadas altitudes o ar é rarefeito, com isso, ocorre a diminuição da concentração de oxigênio, deslocando o equilíbrio no sentido dos reagentes (esquerda). [] Incorreta. A produção de hemoglobina irá deslocar o equilíbrio para a direita, diminuindo o efeito da altitude. [4] Incorreta. O equilíbrio é heterogêneo, pois as substâncias estão em diferentes estados físicos. [8] Incorreta. A expressão de equilíbrio será:

11 K [HbO ] [Hb] [O ] [16] Correta. O equilíbrio químico acontece no momento que a velocidade da reação direta é igual da reação inversa. Resposta da questão 7: [D] Para que o equilíbrio se desloque para a esquerda, favorecendo os reagentes, deve haver a diminuição da quantidade de reagente ou aumento da quantidade de produto, fato observado nos tempos: t, t 4, t 5 t aumento acentuado de NH t4 diminuição acentuada do reagente N t5 diminuição acentuada do reagente H Resposta da questão 8: [B] [I] Incorreta. B e C são reagentes e A é o produto da reação estudada. [II] Correta. A reação química estudada é corretamente representada pela equação: B C A

12 B : C : A,4 :,8 :,4 (proporção) 1 : : 1 (proporção) Conclusão:,4B,8C,4 A ou 1B C 1 A. [III] Correta. Não houve consumo completo dos reagentes, sendo atingido o equilíbrio químico. [IV] Incorreta. A constante de equilíbrio dessa reação, no sentido da formação de A, nas condições do experimento é maior do que 1. B C A K [A] [B][C] equilíbrio,4 Kequilíbrio 16, ,67,6 (,) K 1. equilíbrio

13 Resposta da questão 9: [B] [A] Incorreta. A adição de mais clorito de sódio sólido ao sistema não desloca o equilíbrio, pois sua concentração é constante. Clorito de sódio Cl (g) NaCl O(s) Cl O (g) NaCl (s) [Cl O (g) ] Kequilíbrio 1 [C l (g) ] [B] Correta. Cl (g) NaCl O (s) Cl O(g) NaCl (s) [Cl O (g) ] KC 1 [C l (g) ] Δn K P K C (R T) (p CO l ) (g) KP 1 (p Cl ) (g) 1 1 R,8 atm L mol K ; T; Δn 1 1 KP Δn (R T) KC KP 1 (,8 T),8 T KC Conclusão: a razão entre as constantes de equilíbrio KP K C é igual a,8568 T, em que T é a temperatura do sistema reacional, medida em kelvin. [C] Incorreta. A retirada parcial de cloreto de sódio do sistema não desloca o equilíbrio da reação, pois sua concentração é constante. Cloreto Clorito de sódio de sódio Cl (g) NaCl O(s) Cl O(g) NaCl (s) [Cl O (g) ] Kequilíbrio 1 [C l (g) ] [D] Incorreta. A constante de equilíbrio K K,8 T P C [E] Incorreta. O valor numérico da constante de equilíbrio ΔG R T l nkp, R T logkp ΔG logkp, R T Resposta da questão 1: a) Considerando ambos os equilíbrios: K P não é igual à constante de equilíbrio K C. K P varia com a temperatura.

14 A ƒ B [B] K1 [A] [A] [B] K1 1 Conclusão : K K1 X ƒ Y [Y] K [X] [Y] [X] K 1 A reação X ƒ Y apresenta a maior constante de equilíbrio. b) Em um recipiente de 5 litros, foi adicionado, mol da substância A: na, mol [A],6 mol L V 5 L A ƒ B 1, 44 4,6 4 mol L,1 mol L (durante),1mol L (,6 1 44,1) 4 4 mol L,1 mol L (equilíbrio),48 [B],1 K1 [A],48 K1,5,6 mol L mol L (início) Resposta da questão 11: [C]

15 A(g) B(g) AB (g) (manter) AB(g) B(g) AB 5(g) (multiplicar por ) A(g) 5 B(g) AB5(g) A(g) B(g) AB(g) KI AB(g) B(g) AB 5(g) (K II) A(g) 5B(g) AB5(g) KIII KIII K I (K II) Resposta da questão 1: a) Kc alto indica deslocamento para o lado dos produtos, pois o Kc é diretamente proporcional a SO. Kc baixo alto indica deslocamento para o lado dos reagentes, pois o Kc é inversamente proporcional a N. O e b) A formação da chuva ácida. A reação que dá origem ao fenômeno será: S(s) O(g) ƒ SO(g) SO(g) O(g) ƒ SO(g) SO(g) H O( l ) ƒ HSO4(aq) S(s) O(g) H O( l ) ƒ HSO4(aq) Resposta da questão 1: [D] [I] Incorreta. A constante de equilíbrio x v k[r] (K C) da síntese do SO a C deve ser maior que 8. Neste caso, de acordo com a equação de Arrhenius, quanto menor a temperatura, menor o valor de k e, consequentemente de K C : Eativação RT k A e k e A Eativação RT [II] Incorreta. Se na condição de equilíbrio a 1 C a concentração de O é de,1mol L 1 e a concentração de SO é de,1mol L 1, então a concentração de SO é de 5, 1 mol L. A constante de equilíbrio, K C, para esse processo a 1 C é igual a 8.

16 SO O SO K (g) (g) (g) [SO ] C [SO ] 8 [SO ] [O ] (,1) (,1) [SO ] 8 (,1) (,1) 4 [SO ] 8 (,1) (,1) 8 1 [SO ] 5, 1 mol L [III] Correta. Se, atingida a condição de equilíbrio, o volume do recipiente for reduzido sem alteração na temperatura, não haverá alteração no valor da constante de equilíbrio, mas haverá aumento no rendimento de formação do SO. P V k (T constante) P V k (T constante) SO(g) 1O(g) SO(g) 14 4 volumes volumes Deslocamento no sentido do menor volume (para a direita) volumes volumes [IV] Correta. Essa é uma reação de oxirredução, em que o dióxido de enxofre é o agente redutor. Agente Agente redutor oxidante } } } S{ O(g) O(g) S{ O(g) Oxidação 6 S S e Redução O e O Resposta da questão 14: [B] Supondo a formação de 1mol de uma espécie química nas condições abaixo: 1 1 A B 1 AB ΔG { f x kj mol Energia livre de formação ΔGreação ΔGf R T l n K No equilíbrio ΔGreação.

17 f f f ΔG R T l nk ΔG R T l n K l nk, log K ΔG R T, log K x R T, log K x log K R 1 44 T, 4 4 K 1 b b Dobrando os valores dos coeficientes: 1 A 1B AB ΔG { f x kj mol Energia livre de formação ΔGreação ΔGf R T l n K ' No equilíbrio ΔGreação. ΔG f R T l n K ' ΔG f R T l n K ' l n K, log K ' ΔG f R T, log K ' x R T, log K ' x log K ' R T, log K ' R T, b K ' 1 b K ' (1 ) Conclusão: K' K. Resposta da questão 15: a) A partir dos dados fornecidos na tabela: K Temperatura (K) equilíbrio Constante de equilíbrio 9 5, ,4 1 [P] (reação direta) [R] [P] [R] direita (maior valor da constan te de equilíbrio) [P] [R] esquerda (menor valor da constan te de equilíbrio)

18 9 Verifica-se que a constante de equilíbrio diminui (5,6 1 7,4 1 ) com a elevação da temperatura ( K 5 K). Conclusão: o rendimento da reação direta diminui com a elevação da temperatura, consequentemente, trata-se de um processo exotérmico. b) A forte interação entre o átomo de hidrogênio do álcool e o átomo de enxofre do ânion se deve ao fato de ocorrer uma interação do tipo dipolo-ânion, ou seja, o átomo de hidrogênio ligado ao oxigênio δ δ se comporta com um próton (está polarizado; (O H)) e atrai o par de elétrons presente no átomo de enxofre presente no ânion.

19 ABRAÇOS A TODOS E BONS ESTUDOS!!