Transcript Folheto Técnico - Petrobras Distribuidora

Desafio
Químico
01. (CESGRANRIO) Um grupo de pesquisadores químicos apresentou relatório
contendo resultados de estudos sobre
processos alternativos para a produção
de substância de vital importância para
a população. Considerando as constantes de equilíbrio, usadas como critério
de escolhas e apresentadas a seguir
para cada processo, espera-se que o
responsável opte pelo processo:
a)
b)
c)
d)
e)
Processo
I
II
III
IV
V
KC
0,01
0,1
1
10
100
02. (FUVEST) N2O4 e NO2, gases
poluentes do ar, encontram-se em
equilíbrio como indicado:
1N2O4(g)
2NO2(g)
Em uma experiência, nas condições
ambientes, introduziu-se 150 mol de
N2O4(g) em um reator de 2,0 litros.
Estabelecido o equilíbrio, a concentração de NO2(g) foi de 0,6 mol/l. Qual o
valor da constante, Kc, em termos de
concentração, desse equilíbrio?
-3
a) 2,4. 10
-3
c) 5,0. 10
-3
e) 8,3. 10
Características do equilíbrio químico:
Química
1. Velocidade da reação direta igual à
velocidade da reação inversa(V1=V2).
2. Após atingido o equilíbrio, as concentrações
molares dos reagentes e dos produtos
permanecem constantes.
3. O equilíbrio químico é dinâmico e não estático
como aparenta ser.
Equilibrio químico
Estudo do equilíbrio químico
Em sistemas fechados (onde não há troca de
matéria), verifica-se que as reações químicas
tornam-se reversíveis em maior ou menor grau, ou
seja, no sentido direto da reação, os reagentes
dão origem aos produtos e, no sentido inverso, os
produtos reagem entre si, reconstituindo os
reagentes. N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g)
N2(g) + 3H2(g)
Condições necessárias para o sistema entrar
em equilíbrio:
1. Sistema tem que ser reversível.
2. O sistema precisa estar fechado (adiabático).
3. A temperatura do sistema tem que ser
constante.
Inicialmente, existem, no recipiente, apenas os
reagentes A e B. Dizemos, então, que a
velocidade da reação no sentido direto é
máxima (Vd = máx.). Porém não existem os
produtos C e D, sendo nula a velocidade no
sentido inverso (Vi = 0).
Com o passar do tempo, Vd vai diminuindo e Vi
aumentando até que se atinja a igualdade no
ponto de equilíbrio:
No equilíbrio: Vd = Vi
Observe graficamente:
Considerações sobre o quadro de equilíbrio
químico:
1. No primeiro segundo, temos o ínicio da
reação química.
2. 2s até 4s, temos o intervalo de tempo em que
ocorre o consumo dos reagentes e a
formação dos produtos.
3. Do quarto segundo em diante, as concentrações molares dos reagentes e dos produtos
permanecem constantes, o que indica que o
sistema entrou em equilíbrio.
Classificação do equilíbrio químico:
1. Quanto à natureza do sistema em equilíbrio:
1.1. Equilíbrio molecular: – Sistema em
equilíbrio formado por apenas moléculas.
Ex: H2(g) + I2(g)
2HI(g)
1.2. Equilíbrio iônico: – Sistema em
equilíbrio que apresenta pelo menos um
íon em equilíbrio:
+
Ex: HCl(g) + H2O(g)
H (aq) +
–
Cl (aq)
2. Quanto ao tipo de sistema em equilíbrio:
2.1. Equilíbrio homogêneo: – Trata-se de
um sistemo em equilíbrio constituído por
apenas uma fase.
Ex.: H2(g) + F2(g)
2HF(g)
2.2. Equilíbrio heterogêneo: – Trata-se de
um sistema em equilíbrio constituído por
mais de uma fase.
++
Ex.: BaSO4(S) + H2O(L)
Ba (aq)
––
+SO4 (aq)
-3
b) 4,8. 10
-3
d) 5,2. 10
03. (Fatec) Para o sistema em equilíbrio
N2O4(g)
2NO2(g)
(incolor)
(castanho)
são dados os valores de Kc a diferentes
temperaturas
No equilíbrio, as concentrações de reagentes e
produtos podem ser iguais ou diferentes.
Se as concentrações de reagentes e produtos
forem iguais, dizemos que a reação não tende
para nenhum lado. As reações direta e inversa
ocorrem com a mesma intensidade.
Graficamente:
Sobre esse equilíbrio, é correto afirmar
que
a) a formação de NO2 é processo
exotérmico;
b) o tom castanho do NO2 intensifica-se
pelo aumento de pressão;
c) a cor do NO2 se enfraquece pela
elevação da temperatura;
d) os valores de Kc informam que a
concentração de N2O4 é maior a 0°C;
e) quando 0,2 mol de N2O4 se transformam,
são produzidos 0,2mol de NO2.
Constantes de Equilíbrio
Se a concentração de reagentes for maior que a
dos produtos, dizemos que a reação tende para
a esquerda. A reação inversa ocorre com
maior intensidade.
Graficamente:
Para sabermos, quantitativamente, se o equilíbrio
químico tende para a reação direta ou inversa,
numa determinada temperatura, definimos uma
constante de equilíbrio K, que pode ser
calculada em termos de concentração em mol/l
(Kc) ou pressão parcial (Kp).
Constante de Equilíbrio Kc
04. (Unitau) Dada a reação: X2+3Y2
2XY3, verificou-se no equilíbrio, a
1000°C, que as concentrações em
mols/ litro são:
Considere a seguinte reação:
1
aA + bB
cC + dD
2
a
b
Assim: V1 = k1 [A] [B] (sentido direto)
c
d
V2 = k2 [C] [D] (sentido inverso)
No equilíbrio: V1 = V2
a
b
c
d
k1 [A] [B] = k2 [C] [D]
c
d
K1
[C] [D]
––– = –––––––
c
d
K2
[A] [B]
K1
Tomamos então : Kc = ––––
daí:
K2
c
d
[C] [D]
Kc = –––––––
c
d
[A] [B]
om que Kc = constante de equilíbrio.
[X2] = 0,20, [Y2] = 0,20, [XY3] = 0,60
O valor da constante de equilíbrio da
reação química é de
b) 25.
e) 325.
c) 175.
DESAFIO QUÍMICO (p. 1)
01. E; 02. B; 03. D;
04. D;
a) 2,5.
d) 225.
2NH3(g)
Se a concentração de produtos for maior que a
dos reagentes, tende para a direita. A reação
direta ocorre com maior intensidade.
Graficamente:
1
(PNH )
3
Kp = –––––––––
3
(PN )(PH )
2
2
I. Para acharmos a unidade de Kp, o raciocínio
é análogo ao de Kc:
Exemplo: N2(g) + 3 H2(g) ↔ 2NH3(g)
2
(atm)
-2
Unidade de Kp = –––––––––3= (atm)
atm.(atm)
II. Os valores de Kc e Kp, para um determinado
sistema químico, dependem exclusivamente
da temperatura.
III. Em sistemas heterogêneos, somente os
gases são levados em consideração no
cálculo de Kp e Kc.
2
[HCl]
Kc = –––––––––
[H2][Cl2]
N2 + 3H2
2NH3
2
[NH3]
Kc = –––––––––
3
[N2][H2]
Observação
Relação Entre Kp e Kc
A Unidade de Kc depende do sistema químico
em questão, observe:
No exemplo 1, temos:
2
(mol/l)
Unidade de Kc =––––––––––––– =adimensional
(mol/l).(mol/l)
Já em 2:
2
(mol/l)
-2
Unidade de Kc =––––––––––––– =(mol/l)
(mol/l).(mol/l)
Resumidamente, podemos dizer que:
∆n
Unidade de Kc = (mol/l)
Em que ∆n = n.° de mols dos produtos – n.° de
mols dos reagentes.
∆n
Kp = Kc . (RT)
onde:
R = constante universal dos gases perfeitos;
T = temperatura do sistema (em Kelvin);
∆n = n.° de mols dos produtos – n.° de mols
dos reagentes.
Aplicação
Em um recipiente fechado, encontramse, em equilíbrio, 4 atm de hidrogênio
gasoso, 8 atm de nitrogênio gasoso e
12 atm de NH3. Determine o valor da
constante de equilíbrio em termos de
pressão (Kp):
Foram adicionados para reagir 8,4mol/l
de hidrogênio com 5,6mol/l de cloro
gasosos. Após certo tempo, o sistema
entrou em equilíbrio, e foram
encontrados 1mol/l de cloreto de
hidrogênio gasoso. O valor da
constante de equilíbrio deste sistema
é:
N2(g) + 3H2(g)
a) 5,3atm
-2
c) 4,5atm
2NH3(g)
b) 4,5atm
d) 6atm
e) 7,2atm
Solução:
Sabendo que o sistema encontra-se em
equilíbrio, temos:
2
2
(PNH )
(12)
–2
3
Kp = –––––––––
= ––––––––– =4,5 (atm)
3
(PN )(PH )
(8).(4)
e)0,024
2
Solução:
Como o sistema não está em equilíbrio, ele
entrou após certo tempo, é preciso montar o
quadro de equilíbrio químico:
H2(g) + Cl2(g)
2HCl(g)
2
Exercícios
01. (Ita) Num recipiente de volume
constante igual a 1,00 litro, inicialmente
evacuado, foi introduzido 1,00mol de
pentacloreto de fósforo gasoso e puro.
O recipiente foi mantido a 250°C e no
equilíbrio final foi verificada a existência
de 0,47mols de gás cloro. Qual das
opções a seguir contém o valor
aproximado da constante (Kc) do
equilíbrio estabelecido dentro do
cilindro e representado pela seguinte
equação química:
Como o exercício afirmou que no equilíbrio
foram encontrados um 1 mol/l de HCl, podemos
afirmar que:
2x= 1mol/l
x = 0,5mol/l
Portanto temos no equilíbrio:
H2= 8,4 – x
Cl2= 5,6 – x
HCl = 2X
8,4 – 0,5
= 5,6 – 0,5 2(0,5) = 1mol/l
H2 = 7,9 mols/l Cl2=5,1 mols/l
Com as concentrações molares, temos o valor
do KC:
2
(1)2
[HCl]
Kc = ––––––––– = ––––––––– = 0,024
(5,1).(7,9)
[H2][Cl2]
PCl5(g)
a) 0,179
c) 0,42
PCl3(g) + Cl2(g)?
b) 0,22
d) 2,38
e) 4,52
02. (Uel) Para o equilíbrio químico
N2(g)+O2(g)
2NO(g) foram encontrados os seguintes valores para a
constante Kc, às temperaturas indicadas:
Constante de Equilíbrio Kp
Para sistemas gasosos, podemos expressar a
constante de equilíbrio em função das pressões
parciais dos componentes do sistema.
A definição de Kp é análoga à de Kc, bastando
substituir as concentrações molares dos
componentes (mol/l) pelas suas respectivas
pressões parciais (atm).
Assim, para: aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g)
c
N2(g) + O2(g)
2NO(g)
À temperatura de 2000 kelvins, a
constante do equilíbrio acima é igual a
-4
4,0x10 . Nesta temperatura, se as
concentrações de equilíbrio de N2 e O2
-3
forem, respectivamente, 4,0x10 e
-3
1,0x10 mol/L, qual será a de NO?
a) 1,6 x 10 mol/l.
-9
b) 4,0 x 10 mol/l.
-9
c) 1,0 x 10 mol/l.
-9
d) 4,0 x 10 mol/l.
-9
e) 1,6 x 10 mol/l.
02. (Fuvest) N2O4 e NO2, gases poluentes
do ar, encontram-se em equilíbrio,
como indicado:
N2O4
2NO2
Em uma experiência, nas condições
ambientes, introduziu-se 1,50mol de
N2O4 em um reator de 2,0 litros.
Estabelecido o equilíbrio, a concentração de NO2 foi de 0,060mol/l. Qual o
valor da constante Kc, em termos de
concentração, desse equilíbrio?
-3
a) 2,4 x 10
-3
b) 4,8 x 10
-3
c) 5,0 x 10
-3
d) 5,2 x 10
-3
e) 8,3 x 10
03. (Ita) Dentro de um forno, mantido numa
temperatura constante, temos um
recipiente contendo 0,50mol de Ag(c),
0,20mol de Ag2O(c) e oxigênio gasoso
exercendo uma pressão de 0,20atm. As
três substâncias estão em equilíbrio
químico. Caso a quantidade de Ag2O(c)
dentro do recipiente, na mesma
temperatura, fosse 0,40mol, a pressão,
em atm, do oxigênio no equilíbrio seria:
a) 0,10
c) 0,40
e) 0,80
b) 0,20
d)
04. (Ita) As opções a seguir referem-se 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)
CO2(g) + 2H2O(g)
d) CH4(g) + 2O2(g)
e) Fe2O3(s) + 3CO(g)
2Fe(s) + 3CO2(g)
Há maior concentração molar do NO(g)
em:
d
(PC) (PD)
Temos Kp = ––––––––––––
a
b
(PA) (PB)
Exemplo: N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g)
a) I
c) III
2
b) II
d) IV
e) V
EXERCÍCIO (p. 2)
01. C; 02. E;
DESAFIO QUÍMICO (p. 2)
01. D; 02. C; 03. B; 04. B;
b)0,03
d)0,04
01. (Fuvest) A altas temperaturas, N2 reage
com O2 produzindo NO, um poluente
atmosférico:
-9
Aplicação
a)0,5
c)4
Desafio
Químico
2
[A] = concentração de A no equilíbrio
[B] = concentração de B no equilíbrio
[C] = concentração de C no equilíbrio
[D] = concentração de D no equilíbrio
[Produtos]
Ou ainda Kc = ––––––––––––
[Reagentes]
Exemplo:
H2 + Cl2
2HCl