Química Frente IV Físico-química Prof. Vitor Terra Lista 11 Equilíbrio Químico Deslocamento de Equilíbrio Perturbação Adição de um participante* Retirada de um participante* Aumento da pressão total** Diminuição da pressão total** Aumento da temperatura Diminuição da temperatura Adição de catalisador RESUMO Deslocamento do equilíbrio No sentido oposto do participante No sentido do participante No sentido de menor n de mols de gás No sentido de maior n de mols de gás No sentido endotérmico No sentido exotérmico Alteração de K c ou K p Sim Sim *Participante = reagente ou produto Ao adicionar/remover um participante sólido, que não entra no Kc/Kp, o equilíbrio não é deslocado. **Desde que todas as pressões parciais aumentem/diminuam na mesma proporção. Vamos supor que é isso que acontece caso a questão simplesmente fale em aumentar/diminuir a pressão total. Se a pressão parcial de apenas um participante aumentar/diminuir, então a perturbação do equilíbrio deve ser considerada a adição/retirada desse participante. Se a pressão total aumentar sem alterar as pressões parciais dos participantes (adicionando gás inerte, por exemplo), então o equilíbrio não desloca. Na dúvida, comparar o Qp com o Kp para saber como o equilíbrio se desloca (ver item abaixo) Quociente de reação (Q c ou Q p) Possuem a mesma expressão do Kc ou do Kp, a reação não precisa estar necessariamente no equilíbrio: reagentes produtos aa + bb cc + dd EXERCÍCIOS PROPOSTOS Tarefa mínima: 1, 2, 3, 4, 6, 9, 10, 11, 13, 14, 16, 17, 18, 19, 22, 23, 24, 26, 33, 34 1. (PUC-MG) Observe a seguinte reação em equilíbrio: CO(g) + Cl2(g) COCl2(g) H < 0 Para deslocar o equilíbrio para a direita, você deverá: a) aumentar a temperatura do sistema. b) aumentar a pressão total sobre o sistema. c) retirar Cl2(g) do sistema. d) diminuir a concentração (mol/l) de CO(g). e) adicionar um catalisador adequado ao sistema. 2. (UFPE) No sistema em equilíbrio: CH3OH(l) + 3/2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(l) ; H = -726 kj/mol a quantidade de CO2 aumenta com a: a) adição de um catalisador. b) diminuição da concentração de oxigênio. c) diminuição da pressão. d) diminuição da temperatura. e) introdução de um gás inerte. 3. (Unesp) Em uma das etapas da fabricação do ácido sulfúrico ocorre a reação SO2(g) + 1/2 O2(g) SO3(g) Sabendo-se que as constantes de equilíbrio da reação diminuem com o aumento da temperatura, e que o processo de fabricação do ácido sulfúrico ocorre em recipiente fechado, conclui-se que a reação anterior a) é favorecida pelo aumento do volume do recipiente. b) é desfavorecida pelo aumento da pressão total exercida sobre o sistema. c) é exotérmica. d) não é afetada pelo aumento parcial de SO3. e) tem seu rendimento aumentado quando o equilíbrio é estabelecido em presença de um catalisador. Q c = [C]c [D] d [A] a [B] b Q p = (P C) c (P D ) d (P A ) a (P B ) b 4. (UERJ) A seguir, está representada a equação química balanceada que mostra a combustão da amônia, etapa fundamental na fabricação do ácido nítrico: Q c = K c: equilíbrio Q c < K c: Qc deve aumentar, a reação desloca para a direita, forma produtos (C e D) e consome reagentes (A e B) Q c > K c: Qc deve diminuir, a reação desloca para a esquerda, forma reagentes (A e B) e consome produtos (C e D) 4 NH3(g) + 5 O2(g) 4 NO2(g) + 6 H2O(g); H < 0 Essa reação produzirá a quantidade máxima de NO2 - óxido de nitrogênio IV -, nas seguintes condições de pressão e temperatura, respectivamente: a) alta - alta b) alta - baixa c) baixa - alta d) baixa - baixa (O mesmo vale para Qp e Kp) CASD Vestibulares Química Equilíbrio Químico 1
5. (UFMG) A hematita, Fe2O3(s), é um minério de ferro de grande importância econômica. Nas siderúrgicas, a queima de carvão produz monóxido de carbono, CO(g), que, sob aquecimento, reage com o Fe2O3(s), produzindo ferro e gás carbônico: Fe2O3 (s) + 3 CO (g) 2 Fe (s) + 3 CO2 (g) Considerando-se essas informações, é INCORRETO afirmar que: a) o aquecimento acelera a reação. b) o gás produzido contribui para o aumento do efeito estufa. c) o monóxido de carbono é o agente oxidante na obtenção do ferro. d) o sistema, em equilíbrio, não é perturbado por uma variação de pressão. 6. (PUC-RS) Considerando o sistema em equilíbrio: CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) Desejando-se obter um melhor rendimento de óxido de cálcio, deve-se a) aumentar a concentração de dióxido de carbono. b) retirar do sistema o dióxido de carbono formado. c) utilizar carbonato de cálcio em pó para acelerar a reação. d) manter a temperatura constante. e) aumentar a pressão do sistema. 7. (UFPE) O ferro metálico pode ser extraído de seus minérios, segundo o equilíbrio abaixo: FeO(s) + CO(g) Fe(l) + CO2(g); H > 0 O deslocamento da reação, no sentido da obtenção de ferro metálico, pode ser feito através de: a) aumento da quantidade de FeO. b) aumento da pressão parcial de CO2. c) resfriamento da mistura para solidificar o ferro líquido. d) aumento da pressão parcial de CO. e) agitação da mistura para liberar os gases formados. 8. (UFSM-RS) Considere a seguinte reação em equilíbrio: CH3COOC2H5 + H2O CH3COOH + C2H5OH Segundo o princípio de Le Chatelier, ao se adicionar qualquer quantidade de ácido acético, o equilíbrio se deslocará no sentido da formação de: a) água e ácido acético. b) ácido acético e álcool etílico. c) acetato de etila e água. d) maior quantidade de álcool etílico. e) menor quantidade de acetato de etila. 9. (PUC-SP) O processo Haber-Bosch, para a síntese da amônia, foi desenvolvido no início desse século, sendo largamente utilizado hoje em dia. Nesse processo, a mistura de nitrogênio e hidrogênio gasosos é submetida a elevada pressão, na presença de catalisadores em temperatura de 450 C. A reação pode ser representada a seguir: N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g); H = -100 kj/mol Com relação ao processo Haber-Bosch é INCORRETO afirmar que a) a alta temperatura tem como objetivo aumentar a concentração de amônia obtida no equilíbrio. b) o uso do catalisador e a alta temperatura permitem que a reação ocorra em uma velocidade economicamente viável. c) a alta pressão desloca o equilíbrio no sentido de produzir mais amônia. d) o catalisador não influi na concentração final de amônia obtida após atingido o equilíbrio. e) para separar a amônia dos reagentes resfriam-se os gases, obtendo amônia líquida a - 33 C, retornando o H2 e o N2 que não reagiram para a câmara de reação. 10. (Fatec) Amônia é sintetizada industrialmente a partir do nitrogênio atmosférico e do gás hidrogênio, o que pode ser representado por: N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) + calor Na indústria, essa transformação é feita na presença de catalisador, sob pressão de 400 atm, mas a temperaturas não muito elevadas. Assinale a alternativa que contém somente afirmações corretas a respeito dessas condições. a) A pressão dos gases no sistema é mantida elevada para deslocar o equilíbrio no sentido da formação da amônia. b) A pressão dos gases no sistema é mantida elevada para impedir a liquefação da amônia. c) O catalisador serve para deslocar o equilíbrio no sentido da formação da amônia. d) O catalisador serve para filtrar as impurezas contidas nos gases reagentes, impedindo a formação de poluentes. e) Se a temperatura for muito elevada, a velocidade da transformação ficará muito pequena. 11. (UFRJ) A obtenção do salicilato de metila em laboratório pode ser feita conforme a seguinte equação: No intuito de se obter uma alta conversão do ácido salicílico ao salicilato de metila, realiza-se a reação utilizando-se o metanol como solvente. Baseado na equação de equilíbrio da reação apresentada justifique este procedimento. CASD Vestibulares Química Equilíbrio Químico 2
12. (UFRN) Em geral, o ponto de partida para processos de produção industrial de fertilizantes, corantes e outros produtos nitrogenados fabricados em alta escala, é a síntese da amônia (NH3) em fase gasosa, a partir do nitrogênio atmosférico (N2), abaixo equacionada. N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) Para que seja favorecida a formação de amônia (NH3), é necessário que se desloque a reação para a direita, por variação na pressão, temperatura ou concentração de componente. O gráfico que representa corretamente o deslocamento do equilíbrio dessa reação causado por adição de reagente é 14. (Unicamp) A reação de transformação do dióxido de carbono em monóxido de carbono, representada pela equação a seguir, é muito importante para alguns processos metalúrgicos. C(s) + CO2(g) 2 CO(g) H = 174kJ/mol de carbono A constante de equilíbrio desta reação pode ser expressa, em termos de pressões parciais, como: K = p(co) 2 /p(co2). Qual é o efeito sobre este equilíbrio quando: a) adiciona-se carbono sólido? b) aumenta-se a temperatura? c) introduz-se um catalisador? Justifique suas respostas. 15. (Unesp) A reação de combustão de monóxido de carbono a dióxido de carbono é um processo de equilíbrio químico homogêneo gasoso. a) Escreva a equação química balanceada do equilíbrio químico. b) Para aumentar a produção de dióxido de carbono, a pressão do sistema deve ser aumentada. Justifique por quê. 13. (PUC-SP) O gráfico abaixo correlaciona os valores da constante de equilíbrio (Kc) em função da temperatura para a reação de síntese da amônia: N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) 16. (ITA) As opções a seguir se referem a equilíbrios químicos que foram estabelecidos dentro de cilindros providos de êmbolo. Se o volume interno em cada cilindro for reduzido à metade, a temperatura permanecendo constante, em qual das opções a seguir o ponto de equilíbrio será alterado? a) H2(g) + l2(g) 2HI(g) b) CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) c) PbS(s) + O2(g) Pb(s) + SO2(g) d) CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g) e) Fe2O3(s) + 3CO(g) 2Fe(s) + 3CO2(g) 17. (Unesp) O processo industrial Haber-Bosch de obtenção da amônia se baseia no equilíbrio químico expresso pela equação: Sobre o comportamento dessa reação, no intervalo de temperatura considerado no experimento, foram feitas algumas afirmações: I. A reação é exotérmica no sentido de formação da amônia. II. Com o aumento da temperatura, a velocidade da reação diminui. III. Com o aumento da temperatura, o rendimento da reação diminui, formando-se menos amônia na situação de equilíbrio. SOMENTE está correto o que se afirma em a) I. b) II. c) III. d) I e II. e) I e III. N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) Nas temperaturas de 25 C e de 450 C, as constantes de equilíbrio Kp são 3,5 10 8 e 0,16, respectivamente. a) Com base em seus conhecimentos sobre equilíbrio e nos dados fornecidos, quais seriam, teoricamente, as condições de pressão e temperatura que favoreceriam a formação de NH3? Justifique sua resposta. b) Na prática, a reação é efetuada nas seguintes condições: pressão entre 300 e 400 atmosferas, temperatura de 450 C e emprego de ferro metálico como catalisador. Justifique por que estas condições são utilizadas industrialmente para a síntese de NH3. CASD Vestibulares Química Equilíbrio Químico 3
18. (Unesp) No corpo humano, o transporte de oxigênio é feito por uma proteína chamada hemoglobina. Cada molécula de hemoglobina contém 4 átomos de ferro. O transporte de oxigênio, dos pulmões para os tecidos, envolve o equilíbrio reversível: Mesmo um atleta bem treinado tem seu rendimento físico muito diminuído quando vai competir em localidades de altitude muito mais elevada do que a que está habituado. Após cerca de duas semanas de treinamento na nova altitude, o rendimento do atleta retorna ao normal. a) Explique, em termos químicos, por que o rendimento físico inicial do atleta diminui na altitude mais elevada. b) Explique por que, após o período de adaptação, o rendimento do atleta retorna ao normal. O que ocorre com as reservas originais de ferro do organismo em consequência da adaptação? 19. (Fuvest) Em uma solução obtida pela dissolução de cloreto de cobalto (II) em ácido clorídrico tem-se: [Co(H2O)6] 2+ (aq) + 4Cl - (aq) [CoCl4] 2- (aq) + 6H2O(l) O composto [Co(H2O)6] 2+, em solução aquosa, assume coloração rosada e o composto [CoCl4] 2-, também em solução aquosa assume coloração azulada. Essa solução foi dividida em três partes, cada uma colocada em um tubo de ensaio. Cada tubo de ensaio foi submetido a uma temperatura diferente, sob pressão ambiente, como ilustrado a seguir. 21. (PUC-SP) Os gases CO2, H2 reagem entre si formando CO e H2O segundo o equilíbrio: CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g) Foram realizados dois experimentos envolvendo esses gases em um recipiente fechado e, após atingido o equilíbrio, determinou-se a concentração de cada gás. A tabela abaixo resume os dados experimentais. A análise desses dados permite afirmar que a) a reação entre CO2 e H2 é um processo endotérmico. b) a reação entre CO2 e H2 apresenta Kc igual a 12,5 a 400 C. c) a reação entre CO2 e H2 apresenta Kc igual a 2,5 a 600 C. d) o Kc da reação entre CO2 e H2 independe da temperatura. e) o Kc da reação entre CO2 e H2 depende do catalisador utilizado no sistema. 22. (Unicamp) O CoCl2 é um sal de cor azul que se hidrata facilmente, passando a CoCl2.2H2O, de cor rosa. Enfeites como "gatinhos", "galinhos" e outros bibelôs são recobertos com esse sal e mudam de cor em função da umidade do ar. a) Escreva a equação química que representa o equilíbrio entre o sal anidro e o hidratado. b) Indique qual a cor dos bibelôs em função do tempo úmido ou seco. Justifique. a) Em que sentido a reação representada absorve calor? Justifique. b) Em qual desses três experimentos a constante do equilíbrio apresentado tem o menor valor? Explique. 20. (Unesp-adaptada) As entalpias padrão de formação de NO e NO2 gasosos são, respectivamente, 90,4 e 33,9 kj/mol. a) Calcule o calor padrão da reação, no estado gasoso, entre NO e O2 para formar NO2. b) Num sistema que contém NO, O2 e NO2, em equilíbrio, como se deve alterar a temperatura e a pressão para 2aumentar a produção de NO2? 23. (UFMG) Num recipiente fechado, de volume constante, hidrogênio gasoso reagiu com excesso de carbono sólido, finamente dividido, formando gás metano, como descrito na equação: C (s) + 2 H2 (g) CH4 (g) Essa reação foi realizada em duas temperaturas, 800 e 900K, e, em ambos os casos, a concentração de metano foi monitorada, desde o início do processo, até um certo tempo após o equilíbrio ter sido atingido. O gráfico apresenta os resultados desse experimento. CASD Vestibulares Química Equilíbrio Químico 4
25. (UFRJ) Um método de produção de cianeto de hidrogênio é a nitrogenação do acetileno em fase gasosa, de acordo com a equação: N2(g) + C2H2(g) 2 HCN(g) O diagrama a seguir indica os valores das concentrações (em mol/l) dos compostos N2, C2H2 e HCN em equilíbrio, a várias temperaturas diferentes e mostra que a temperaturas distintas correspondem diferentes condições de equilíbrio. Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que: a) a adição de mais carbono, após o sistema atingir o equilíbrio, favorece a formação de mais gás metano. b) a reação de formação do metano é exotérmica. c) o número de moléculas de metano formadas é igual ao número de moléculas de hidrogênio consumidas na reação. d) o resfriamento do sistema em equilíbrio de 900K para 800K provoca uma diminuição da concentração de metano. 24. (Fuvest) Em um funil de separação, encontram-se, em contato, volumes iguais de duas soluções: uma solução aquosa de I2, de concentração 0,1 10-3 mol/l, e uma solução de I2 em CCl4, de concentração 1,0 10-3 moi/l. a) Determine a constante de reação Kc da equação de formação de HCN, à temperatura de 300 C. b) Explique por que a reação de produção de HCN é endotérmica. 26. (Fuvest) No equilíbrio A B, a transformação de A em B é endotérmica. Esse equilíbrio foi estudado, realizando-se três experimentos. O gráfico ao lado da tabela mostra corretamente as concentrações de A e de B, em função do tempo, para o experimento X. Examine os gráficos I, II e III. Considere que o valor da constante Kc do equilíbrio I2 (aq) I2 (CCl4) é igual a 100, à temperatura do experimento, para concentrações expressas em moi/l. Assim sendo, o que é correto afirmar a respeito do sistema descrito? a) Se o sistema for agitado, o I2 será extraído do CCl4 pela água, até que a concentração de I2 em CCl4 se iguale a zero. b) Se o sistema for agitado, o I2 será extraído da água pelo CCl4, até que a concentração de I2 em água se iguale a zero. c) Mesmo se o sistema não for agitado, a concentração de I2 no CCl4 tenderá a aumentar e a de I2, na água, tenderá a diminuir, até que se atinja um estado de equilíbrio. d) Mesmo se o sistema não for agitado, a concentração de I2 na água tenderá a aumentar e a de I2, no CCl4, tenderá a diminuir, até que se atinja um estado de equilíbrio. e) Quer o sistema seja agitado ou não, ele já se encontra em equilíbrio e não haverá mudança nas concentrações de I2 nas duas fases. Aqueles que mostram corretamente as concentrações de A e de B, em função do tempo, nos experimentos Y e Z são, respectivamente, a) I e II. b) I e III. c) II e I. d) II e III. e) III e I. CASD Vestibulares Química Equilíbrio Químico 5
27. (Fuvest) A obtenção de SO3(g) com o uso de um catalisador pode ser representada pela seguinte equação: SO3(g) +1/2 O2(g) SO3(g) A formação do SO3(g), por ser exotérmica, é favorecida a baixas temperaturas (temperatura ambiente). Entretanto, na prática, a obtenção do SO3(g), a partir do SO2(g) e O2(g), é realizada a altas temperaturas (420 C). Justifique essa aparente contradição. 28. (Unicamp) A "revolução verde", que compreende a grande utilização de fertilizantes inorgânicos na agricultura fez surgir a esperança de vida para uma população mundial cada vez mais crescente e, portanto, mais necessitada de alimentos. O nitrogênio é um dos principais constituintes de fertilizantes sintéticos de origem não orgânica. Pode aparecer na forma de uréia, sulfato de amônio, fosfato de amônio etc., produtos cuja produção industrial depende da amônia como reagente inicial. A produção de amônia, por sua vez, envolve a reação entre o gás nitrogênio e o gás hidrogênio. A figura a seguir mostra, aproximadamente, as porcentagens de amônia em equilíbrio com os gases nitrogênio e hidrogênio, na mistura da reação de síntese. a) A reação de síntese da amônia é um processo endotérmico? Justifique. b) Imagine que uma síntese feita à temperatura de 450 C e pressão de 120 atm tenha produzido 50 toneladas de amônia até o equilíbrio. Se ela tivesse sido feita à temperatura de 300 C e à pressão 100 atm, quantas toneladas a mais de amônia seriam obtidas? Mostre os cálculos. c) Na figura, a curva não sinalizada com o valor de temperatura pode corresponder aos dados de equilíbrio para uma reação realizada a 400 C na presença de um catalisador? Justifique. 29. (Fuvest) Considere os equilíbrios a seguir (tabela 1) e o efeito térmico da reação da esquerda para a direita, bem como a espécie predominante nos equilíbrios A e B, à temperatura de 175 C. O equilíbrio A foi estabelecido misturando-se quantidades estequiométricas de N2(g) e H2(g), inicialmente. Os equilíbrios B e C foram estabelecidos a partir de, respectivamente, N2O4 e MgCO3 puros. A tabela 2 traz os valores numéricos das constantes desses três equilíbrios, em função da temperatura, não necessariamente na mesma ordem em que os equilíbrios foram apresentados. As constantes referem-se a pressões parciais em atm. Logo, as constantes K1, K2 e K3 devem corresponder, respectivamente, a: a) K1 - B; K2 - C; K3 - A. b) K1 - A; K2 - C; K3 - B. c) K1 - C; K2 - B; K3 - A. d) K1 - B; K2 - A; K3 - C. e) K1 - C; K2 - A; K3 - B. 30. (Fuvest) O transporte adequado de oxigênio para os tecidos de nosso corpo é essencial para seu bom funcionamento. Esse transporte é feito através de uma substância chamada oxi-hemoglobina, formada pela combinação de hemoglobina (Hb) e oxigênio dissolvidos no nosso sangue. Abaixo estão representados, de maneira simplificada, os equilíbrios envolvidos nesse processo: O2(g) + H2O(l) O2(aq) Hb(aq) + 4 O2(aq) Hb(O2)4(aq) 100mL de sangue contêm por volta de 15g de hemoglobina e 80g de água. Essa massa de hemoglobina (15g) reage com cerca de 22,5mL de oxigênio, medidos nas condições ambiente de pressão e temperatura. Considerando o exposto acima, a) calcule a quantidade, em mols, de oxigênio que reage com a massa de hemoglobina contida em 100mL de sangue. b) calcule a massa molar aproximada da hemoglobina. c) justifique, com base no princípio de Le Chatelier, aplicado aos equilíbrios citados, o fato de o oxigênio ser muito mais solúvel no sangue do que na água. Dado: volume molar de O2, nas condições ambiente de pressão e temperatura: 25L/mol 31. (Unesp) Considere os dois sistemas, 1 e 2, observados por iguais períodos de tempo, em que as partes aquosas estão em equilíbrio com o ar e com o CO2, respectivamente, à temperatura ambiente. CASD Vestibulares Química Equilíbrio Químico 6
São dados os equilíbrios: CaCO3(s) Ca 2+ (aq) + CO 2- (aq) CO2 (g) CO2 (aq) + calor CaCO3(s) + CO2(g) + H2O(l) Ca 2+ (aq) + 2 HCO3 (aq) a) Explique o motivo pelo qual a solubilização do carbonato de cálcio no sistema 1 é consideravelmente menor do que no sistema 2. b) Explique por que, se o sistema 2 fosse resfriado, a quantidade de CaCO3 dissolvida seria maior do que se o sistema fosse mantido à temperatura ambiente. 32. (Fuvest) Cobalto pode ser obtido a partir de seu óxido, por redução com hidrogênio ou com monóxido de carbono. São dadas as equações representativas dos equilíbrios e suas respectivas constantes a 550 C. I. CoO(s) + H2(g) Co(s) + H2O(g); KI = 67 II. CoO(s) + CO(g) Co(s) + CO2(g); K2 = 490 a) Mostre como se pode obter a constante (K3) do equilíbrio representado por CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) a 550 C, a partir das constantes dos equilíbrios I e II. Com esses dados, afirma-se: I. Os experimentos 1 e 2 foram realizados à mesma temperatura, pois as constantes de equilíbrio correspondentes são iguais. II. O experimento 3 foi realizado numa temperatura mais elevada que o experimento 1, pois no experimento 3 o equilíbrio foi atingido em um tempo menor. III. A reação é endotérmica no sentido da formação do produto B. Dessas afirmações, a) todas são corretas. b) apenas I e III são corretas. c) apenas II e III são corretas. d) apenas I é correta. e) apenas II é correta. 34. (Fuvest) Em determinado processo industrial, ocorre uma transformação química, que pode ser representada pela equação genérica xa(g) + yb(g) zc(g) em que x, y e z são, respectivamente, os coeficientes estequiométricos das substâncias A, B e C. b) Um dos processos industriais de obtenção de hidrogênio está representado no item a. A 550 C, a reação, no sentido da formação de hidrogênio, é exotérmica. Para este processo, discuta a influência de cada um dos seguintes fatores: - aumento de temperatura. - uso de catalisador. - variação da pressão. 33. (Fuvest) A transformação de um composto A em um composto B, até se atingir o equilíbrio (A B), foi estudada em três experimentos. De um experimento para o outro, variou-se a concentração inicial do reagente A ou a temperatura ou ambas. Registraram-se as concentrações de reagente e produto em função do tempo. O gráfico representa a porcentagem, em mols, de C na mistura, sob várias condições de pressão e temperatura. Com base nesses dados, pode-se afirmar que essa reação é: a) exotérmica, sendo x + y = z b) endotérmica, sendo x + y < z c) exotérmica, sendo x + y > z d) endotérmica, sendo x + y = z e) endotérmica, sendo x + y > z 35. (Fuvest) A reforma do gás natural com vapor de água é um processo industrial de produção de hidrogênio, em que também se gera monóxido de carbono. O hidrogênio, por sua vez, pode ser usado na síntese de amônia, na qual reage com nitrogênio. Tanto a reforma do gás natural quanto a síntese da amônia são reações de equilíbrio. Na figura, são dados os valores das constantes desses equilíbrios em função dos valores da temperatura. A curva de K1 refere-se à reforma do gás natural e a de K2, à síntese da amônia. As constantes de equilíbrio estão expressas em termos de pressões parciais, em atm. CASD Vestibulares Química Equilíbrio Químico 7
c) Em qual das duas transformações, na de CO ou na de CO2, o calor desprendido ou absorvido é maior? Explique, em termos do módulo da quantidade de calor ( Q ) envolvida. 37. (ITA) Sulfato de cobre sólido penta-hidratado (CuSO4.5H2O(c)) é colocado em um recipiente fechado, de volume constante, previamente evacuado, provido de um medidor de pressão e de um dispositivo de entrada/saída para reagentes. A 25 C é estabelecido, dentro do recipiente, o equilíbrio representado pela equação química: CuSO4.5H2O (c) CuSO4.3H2O (c) + 2 H2O (g) a) Escreva a equação química balanceada que representa a reforma do principal componente do gás natural com vapor de água. b) Considere um experimento a 450 C, em que as pressões parciais de hidrogênio, monóxido de carbono, metano e água são, respectivamente, 0,30; 0,40; 1,00 e 9,00 atm. Nessas condições, o sistema está em equilíbrio químico? Justifique sua resposta por meio de cálculos e análise da figura. c) A figura permite concluir que uma das reações é exotérmica e a outra, endotérmica. Qual é a reação exotérmica? Justifique sua resposta. 36. (Fuvest) Na produção de hidrogênio por via petroquímica, sobram traços de CO e CO2 nesse gás, o que impede sua aplicação em hidrogenações catalíticas, uma vez que CO é veneno de catalisador. Usando-se o próprio hidrogênio, essas impurezas são removidas, sendo transformadas em CH4 e H2O. Essas reações ocorrem a temperaturas elevadas, em que reagentes e produtos são gasosos, chegando a um equilíbrio de constante KI no caso do CO e a um equilíbrio de constante KII no caso do CO2. O gráfico traz a variação dessas constantes com a temperatura. Quando o equilíbrio é atingido, a pressão dentro do recipiente é igual a 7,6 mmhg. A seguir, a pressão de vapor da água é aumentada para 12 mmhg e um novo equilíbrio é restabelecido na mesma temperatura. A respeito do efeito de aumento da pressão de vapor da água sobre o equilíbrio de dissociação do CuSO4.5H2O(c), qual das opções seguintes contém a afirmação ERRADA? a) O valor da constante de equilíbrio Kp é igual a 1 x 10-4. b) A quantidade de água na fase gasosa permanece praticamente inalterada. c) A concentração (em mol/l) de água na fase CuSO4.3H2O(c) permanece inalterada. d) A concentração (em mol/l) de água na fase sólida total permanece inalterada. e) A massa total do conteúdo do recipiente aumenta. 38. (ITA) Um cilindro provido de pistão móvel, que se desloca sem atrito e cuja massa é desprezível, foi parcialmente preenchido com água líquida. Considere que o sistema atinge o equilíbrio químico à temperatura T e pressão Pi. Num dado momento, o sistema é perturbado por uma elevação brusca do pistão, atingindo novo equilíbrio a uma pressão Pf e à mesma temperatura T. Considere que água líquida permanece no sistema durante todo o processo. a) Esboce um gráfico da pressão interna no interior do cilindro versus tempo, considerando o intervalo de tempo compreendido entre os dois equilíbrios químicos. Indique no gráfico as pressões Pi e Pf. b) A pressão final, Pf, será maior, menor ou igual à pressão inicial, Pi? Justifique. GABARITO a) Num experimento de laboratório, realizado a 460 C, as pressões parciais de CO, H2, CH4 e H2O, eram, respectivamente, 4 10-5 atm; 2 atm; 0,4 atm; e 0,4 atm. Verifique se o equilíbrio químico foi alcançado. Explique. b) As transformações de CO e CO2 em CH4 mais H2O são exotérmicas ou endotérmicas? Justifique sua resposta. 1. B 2. D 3. C 4. D 5. C 6. B 7. D 8. C 9. A 10. A CASD Vestibulares Química Equilíbrio Químico 8
11. Usando o metanol como solvente, ele estará em excesso. Assim, o equilíbrio é deslocado para a direita, favorecendo a formação do salicilato de metila. 12. A 13. E 14. a) Adição de C(s) não altera o equilíbrio, pois sua concentração é constante (e por isso não aparece no Kp). b) Equilíbrio desloca-se para a direita, pois o aumento de temperatura desloca o equilíbrio no sentido da reação endotérmica. c) Adição de catalisador não desloca equilíbrio, pois ele aumenta a velocidade da reação nos dois sentidos. 15. a) 2 CO(g) + O2(g) 2 CO2(g) b) Pelo princípio de Le Chatelier, aumentando a pressão o equilíbrio é deslocado no sentido da reação que se dá com contração de volume (menor n de mols gasosos), nesse caso no sentido de formação do CO2. 16. B 17. a) A reação no sentido de formação do NH3 é exotérmica, pois aumentando a temperatura diminui o valor do Kp. Assim, a formação de NH3 é favorecida a baixas temperaturas e altas pressões (aumentando a pressão, o equilíbrio é deslocado no sentido de menor volume, ou seja, menor número de mols de gás). b) A pressões elevadas (300-400 atm) o equilíbrio está deslocado no sentido de formação do NH3, aumentando o rendimento da reação. A temperatura utilizada na prática (450 C) é para aumentar a velocidade da reação, embora prejudique o rendimento da reação. Como não é possível aumentar excessivamente a temperatura, a solução para promover o aumento de velocidade da reação é o uso de catalisador (Fe). 18. a) O rendimento físico inicial do atleta diminui na altitude mais elevada, pois a concentração de O2 é menor e o equilíbrio se desloca no sentido hemoglobina e O2, de acordo com o Princípio de Le Chatelier. Portanto, menos oxigênio chega até às células. Menor quantidade de glicose é queimada e diminui o fornecimento de energia. b) Durante a adaptação, aumenta a quantidade de hemoglobina produzida pelo organismo, o que desloca o equilíbrio no sentido da oxi-hemoglobina. As reservas originais de ferro do organismo diminuem, pois mais ferro é utilizado para a produção de hemoglobina pelo organismo. 19. a) No sentido direto, pois o aquecimento favorece a ocorrência de reação endotérmica. b) Apresenta menor valor no experimento C, pois a reação está mais deslocada para a esquerda (devido à cor rosada do [Co(H2O)6] 2+ 20. a) NO + 1/2 O2 NO2; H = - 56,6 kj b) Diminuição da temperatura e aumento da pressão. 21. A 22. a) CoCl2 (s) + 2 H2O (g) CoCl2.2H2O (s) b) úmido: rosa (equilíbrio deslocado para a direita) seco: azul (equilíbrio deslocado para a esquerda) 23. B 24. D 25. a) Kc = 0,005 b) A reação é endotérmica porque um aumento da temperatura leva a um aumento na concentração de HCN no equilíbrio. 26. C 27. Apesar de diminuir o rendimento da reação, o aumento da temperatura aumenta a velocidade da reação. 28. a) A reação de síntese da amônia não é um processo endotérmico, e sim exotérmico, pois se observa no gráfico que, a uma dada pressão, uma diminuição na temperatura acarreta um aumento na porcentagem de amônia na mistura. b) A 450 C e 120 atm, a porcentagem de NH3 na mistura é 20%, sendo produzidas 50 toneladas de amônia. A 300 C e 100 atm, a porcentagem de NH3 na mistura é 50%. Assim, fazendo a regra de três: 50 toneladas : 20 % x toneladas : 50 % x = (50X50)/20 = 125 toneladas de NH3 Portanto serão obtidas: 125-50 = 75 toneladas a mais de NH3 c). A presença de um catalisador não irá alterar a porcentagem de NH3 no equilíbrio. 29. A 30. a) 9,0.10-4 mol O2 b) 6,67.10 4 g c) Na reação: Hb (aq) + 4O2 (aq) Hb(O2)4 (aq), o consumo de O2(aq) provoca o deslocamento do equilíbrio de dissolução do oxigênio para a direita, para repor a [O2(aq)]. Assim a solubilidade do O2(g) no sangue é maior que na água. 31. a) No sistema 2 a concentração de CO2(g) é maior que no sistema 1, portanto a reação de solubilização (terceira reação) estará mais deslocada no sentido de formação de íons Ca 2+ e HCO3. b) A solubilidade de um gás em um líquido aumenta à medida que diminui a temperatura do líquido. Ainda, de acordo com o princípio de Le Chatelier, para o equilíbrio representado por: CO2(g) CO2(aq) + calor a diminuição da temperatura desloca o equilíbrio para a direita, favorecendo a dissolução do CO2(g) e, consequentemente, também a dissolução do CaCO3(s). CASD Vestibulares Química Equilíbrio Químico 9
32. a) K1= [H2O]/[H2] = 67 K2 = [CO2]/[CO] = 490 K3 = [CO2][H2]/[CO][H2O] = K2/K1= = 490/67 = 7,3 b) O aumento da temperatura desloca o equilíbrio no sentido de formação de CO e H2O (reação endotérmica), diminuindo o rendimento da reação em relação ao H2. O aumento da temperatura também aumenta a velocidade da reação. O uso de catalisador não altera o rendimento de reação em relação ao H2, pois não altera as concentrações dos participantes, isto é, não desloca o equilíbrio; o equilíbrio é atingido mais rapidamente. A variação da pressão não desloca o equilíbrio, pois o número de mols de gás é o mesmo nos produtos e reagentes: de KP: 33. A 34. C 35. CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) 2 mol 2 mol a) CH4 + H2O 3H2 + CO b) De acordo com o gráfico podemos achar o valor Como QP,I é igual a KI concluímos que o sistema se encontra em equilíbrio. b) São transformações exotérmicas, pois, de acordo com o gráfico, com a elevação da temperatura os valores de KI e de KII diminuem. c) Numa dada temperatura, de acordo com o gráfico, KI > KII. Isto significa que a variação de temperatura influencia mais o valor de KI do que o valor de KII. Ou seja, a reação I é mais exotérmica do que a reação II, logo, o calor liberado na reação I é maior do que o calor liberado na reação II. Então QI > QII. Conclusão, a reação I libera maior quantidade de calor. 37. D 38. a) Temos, dentro do pistão: H2O (l) H2O (g) Concluímos que a pressão interna do cilindro deve-se à pressão do vapor de água. Com a elevação brusca do pistão, ocorre a diminuição da concentração de água gasosa; isso desloca o equilíbrio acima para a direita, o que favorece a evaporação da água. Como resta água no recipiente, ocorrerá um novo equilíbrio, em que a concentração de água gasosa final será igual à inicial e, portanto, a pressão final será igual à inicial. Substituindo os valores de pressão fornecidos no QP: Q p = (P H 2 ) 3 P CO P CH4 P H2 O = (0,3)3 (0,4) (1,0)(9,0) = 1,2 10 3 b) A pressão final será igual à pressão inicial, como justificado na letra a. Como QP é igual a Kp concluímos que o sistema se encontra em equilíbrio. c) De acordo com as curvas fornecidas na questão, um aumento de temperatura implica no aumento de K1 (reação endotérmica) e na diminuição de K2 (reação exotérmica).assim, a reação exotérmica é aquela correspondente à constante K2, a síntese de amônia. 36. a) 3H2 + CO CH4 + H2O, KI A 460 C, KI = 500 (do gráfico) Substituindo os valores de pressão fornecidos no QP: Q p,i = P CH 4 P H2 O (P H2 ) 3 P CO = (0,4)(0,4) (2) 3 (4 10 5 ) = 500 CASD Vestibulares Química Equilíbrio Químico 10