EQUILÍBRIO QUÍMICO – AVANÇADOS Exercícios Resolvidos

EQUILÍBRIO QUÍMICO – AVANÇADOS
Exercícios Resolvidos
1. (IME-02) Um mol de ácido acético é adicionado a um mol de álcool etílico. Estabelecido o equilíbrio, 50% do ácido é
esterificado. Calcule o número de mols de éster quando um novo equilíbrio for alcançado, após a adição de 44 g de acetato
de etila.
Solução
A reação descrita na questão é uma esterificação. Vamos dividir o experimento apresentado em dois equilíbrios:
Primeiro Equilíbrio:
ácido
álcool
éster
água
Início
Estequiometria
1
–x
1
–x
x
x
Final
1–x
1–x
x
x
Como há 50% de esterificação, x = 0,5 mol.
KC =
[éster ].[água ] 0,5.0,5
=
=1
[álcool ].[ácido] 0,5.0,5
Num segundo momento são adicionados 44 g de acetato de etila (C4H8O2) que correspondem a 0,5 mol.
Segundo Equilíbrio:
KC =
ácido
álcool
éster
água
Início
Estequiometria
0,5
+x
0,5
+x
1
-x
0,5
-x
Final
0,5 + x
0,5 + x
1-x
0,5 - x
[éster ].[água]
(1 − x).(0,5 − x)
=
= 1 → (0,5 + x) . (0,5 + x) = (1 - x) . (0,5 - x)
[álcool ].[ácido] (0,5 + x).(0,5 + x)
0,25 + x + x 2 = 0,5 - 1,5 x + x 2
2,5 x = 0,25 → x = 0,1
A quantidade de éster no equilíbrio será 1 – 0,1 = 0,9 mol.
2. (IME-03) A reação de desidrogenação do etano a eteno, conduzida a 1060 K, tem constante de equilíbrio KP igual a 1,0.
Sabendo-se que a pressão da mistura reacional no equilíbrio é igual a 1,0 atm, determine:
a) a pressão parcial, em atmosferas, do eteno no equilíbrio;
b) a fração de etano convertido a eteno.
Solução
Reação: C2H6(g) → C2H4(g) + H2(g)
Quadro de Equilíbrio:
C2H6(g)
C2H4(g)
H2(g)
Início
Estequiometria
p
-x
+x
+x
Final
p-x
+x
+x
Soma das pressões: p – x + x + x = 1 → p + x = 1 → p = 1 - x
pC2 H 4 . p H 2
KP =
x=
pC2 H 6
=
x2
= 1 → x 2 = 1− 2x → x 2 + 2x −1 = 0
p−x
−2± 8
−2±2 2
→x=
→ x = ( 2 − 1)atm ≅ 0,41atm
2
2
a) A pressão parcial de eteno no equilíbrio é 0,41 atm.
b)
α=
x
0,41
0,41
=
=
= 69,5%
p 1 − 0,41 0,59
3. (ITA-09) Considere a reação de dissociação N2O4(g) representada pela seguinte equação:
N2O4(g) → 2 NO2(g)
Assinale a opção com a equação correta que relaciona a fração percentual (α) de N2O4(g) dissociado com a pressão
total do sistema (P) e com a constante de equilíbrio em termos de pressão (Kp).
α=
a)
α=
d)
kp
4P + kp
2P + kp
kp
4P + kp
kp
α=
b)
e)
α=
α=
c)
kp
2P + kp
kp
2+P
Reação Química: N2O4(g) → 2 NO2(g)
N2O4(g)
NO2(g)
Início
Estequiometria
Pi
-αPi
+ 2αPi
Final
Pi(1-α)
+ 2αPi
Soma das pressões:
KP =
p NO 2
2
p N 2O4
Pi (1 − α ) + 2αPi → Pi (1 + α ) = P → Pi =
P
(1 + α )
(2αPi ) 2
4α 2 Pi
4α 2 Pi
4α 2
P
4α 2 .P
=
=
=
=
.
=
Pi (1 − α ) Pi (1 − α ) (1 − α ) (1 − α ) (1 + α ) 1 − α 2
2
KP
KP
4α 2
=
→ 4α 2 P = K P − K Pα 2 → α 2 (4 P + K P ) = K P → α =
2
P 1−α
4P + K P
Gabarito: A
Exercícios Propostos
1. (ITA-08) Carbamato de amônio sólido (NH2COONH4) decompõe-se em amônia e dióxido de carbono, ambos gasosos.
Considere que uma amostra de carbamato de amônio sólido esteja em equilíbrio químico com CO2(g) e NH3(g) na
temperatura de 50 ºC, em recipiente fechado e volume constante. Assinale a opção CORRETA que apresenta a constante
de equilíbrio em função da pressão total P, no interior do sistema.
a) 3P
b) 2P2
c) P3
d) 2/9 P2
e) 4/27 P3
2. (ITA-07) Um cilindro de volume V contém as espécies A e B em equilíbrio químico representado pela seguinte
equação: A(g) → 2B(g). Inicialmente, os números de mols de A e de B são, respectivamente, iguais a nA1 e nB1. Realizase, então, uma expansão isotérmica do sistema até que o seu volume duplique (2V) de forma que os números de mols de
A e de B passem a ser, respectivamente, nA2 e nB2. Demonstrando o seu raciocínio, apresente a expressão algébrica que
relaciona o número final de mols de B (nB2) unicamente com nA1, nA2 e nB1.
3. (IME-07) Um vaso fechado de volume V contém inicialmente dois moles do gás A. Após um determinado tempo,
observa-se o equilíbrio químico: A 2B cuja constante de equilíbrio é onde pA e pB representam as pressões parciais dos
componentes A e B). No equilíbrio, o número de moles de A é n1. Em seguida, aumenta-se a pressão do vaso admitindose dois moles de um gás inerte I. Após novo equilíbrio, o número de moles de A é n2. Quanto vale n2/n1 se, durante todo
o processo, a temperatura fica constante e igual a T (em K)?
a) 1
b) 2
c) 4
d) 2
R.T
V . Kp
⎛ R.T ⎞
2
e) 4 ⎜⎜
⎟⎟
⎝ V . Kp ⎠
4. (IME-98) A reação dada pela equação abaixo CH3COOH + C2H5OH → CH3COOC2H5 + H2O tem constante de
equilíbrio (Kc) igual a 4,00 à temperatura de 100 °C. Calcule as concentrações de equilíbrio em moles por litro de cada
componente, partindo da condição inicial de 120,0 g de ácido acético e de 92,0 g de etanol.
Dados :
Massas atômicas: H = 1 u.m.a.
C = 12 u.m.a.
O = 16 u.m.a
5. (FUVEST) Qual das opções a seguir contém a afirmação CORRETA a respeito de uma reação química representada
pela equação: 1A(aq) + 2B(aq) → ← 1C(aq);
Kc(25°C) = 1,0; ∆H(25°C) > ZERO
A ( ) O valor de Kc independe da temperatura.
B ( ) Mantendo-se a temperatura constante (25°C) Kc terá valor igual a 1,0 independentemente da concentração de A e/ou
de B.
C ( ) Como o valor da constante de equilíbrio não é muito grande, a velocidade da reação nos dois sentidos não pode ser
muito grande.
D ( ) Mantendo-se a temperatura constante (25°C) a adição de água ao sistema reagente não desloca o ponto de equilíbrio
da reação.
E ( ) Mantendo-se a temperatura constante (25°C) o ponto de equilíbrio da reação não é deslocado pela duplicação da
concentração de B.
6. (ITA-97) A constante de equilíbrio da reação H2O(g) + ClO(g) → 2HOCl(g), a 25oC, é Kc = Kp = 0,0900. Recipientes
fechados, numerados de I até IV, e mantidos na temperatura de 25oC, contêm somente as três espécies químicas gasosas
envolvidas na reação acima. Imediatamente após cada recipiente ter sido fechado, as pressões e/ou as quantidades de cada
uma destas substâncias, em cada um dos recipientes, são:
I- 5 mmHg de H2O(g); 400 mmHg de Cl2O(g) e 10 mmHg de HOCl(g).
II- 10 mmHg de H2O (g); 200 mmHg de Cl2O (g) e 10 mmHg de HOCl(g).
III- 1,0 mol de H2O (g); 0.080 mols de Cl2O (g) e 0,0080 mols de HOCl(g).
IV- 0,50 mols de H2O (g); 0,0010 mols de Cl2O (g) e 0.20 mols de HOCl(g).
É correto afirmar que:
a) Todos os recipientes contêm misturas gasosas em equilíbrio químico.
b) Todos os recipientes não contêm misturas gasosas em equilíbrio químico e, em todos eles o avanço da reação se dá no
sentido da esquerda para direita.
c) A mistura gasosa do recipiente III não está em equilíbrio químico e a reação avança no sentido da esquerda para a
direita.
d) A mistura gasosa do recipiente IV não está em equilíbrio químico e a reação avança no sentido da esquerda para a
direita.
e) As misturas gasosas dos recipientes I e II não estão em equilíbrio químico e as reações avançam no sentido da direita
para a esquerda.
Gabarito
1. E
2. n B2 = n B1 .
2 n A2
n A1
3. A
4. Na condição de equilíbrio, temos:
2/3 mol de CH3COOH
4/3 mol de CH3COOC2H5
5. B
6. D
2/3 mol de C2H5OH
4/3 mol de H2O