Download - Equilíbrio Químico
É uma situação
especial que ocorre
com algumas
reações químicas
São reações ou
processos que reagentes
e produtos são
consumidos e produzidos
ao mesmo tempo
Os reagentes e produtos
das reações reversíveis
são separados
por uma dupla seta
N2O4(g) 2 NO2(g)REAÇÃO DIRETA
REAÇÃO INVERSA
velocidade
tempo
E, a velocidade
da reação inversa é nula, pois não
temos, ainda, um produto
No início da reação a velocidade
direta é máxima, pois temos uma
maior concentração do reagente
v1
v2
À medida que a reação se processa a velocidade da reação
direta diminui e da reação inversa aumenta
No momento em que as duas velocidades se igualam dizemos que a reação química atingiu o
v1 v2=
te
velocidade constante
No momento em que a reação química
atinge o
EQUILÍBRIO QUÍMICO
as concentrações dos seus
participantes permanecem constantes
concentração
tempote
N2O4(g)
NO2(g)
N2O4(g) 2 NO2(g)
Vamos considerar uma
reação reversível genérica
a A + b B c C + d D1
2
No equilíbrio teremos:
V 1 = V 2a b
K1 [ A ] [ B ]c d
K2 [ C ] [ D ]
Isolando-se as constantes
a b[ A ] [ B ]
c d[ C ] [ D ]
=K1
K2
KcCONSTANTE
DEEQUILÍBRIO
O valor de KC depende da
reação considerada e da
temperatura, e independe das
concentrações iniciais dos
reagentes
A constante de equilíbrio é
tratada como
um número puro, isto é,
sem unidades
Líquidos e sólidos puros,
que não fazem parte da solução,
não constam da expressão da
constante de equilíbrio
N2( g ) + 3 H2( g ) 2 NH3( g )
=[ N2 ] [ H2 ]
3
[ NH3 ]2
KC
2 H2( g ) + O2( g )2 H2O( g )
=[ O2 ][ H2 ]
2
[ H2O ]2
KC
01) Sobre equilíbrio químico:
0 0 Uma reação é reversível quando se processa simultaneamente nos dois sentidos.
1 1 Uma reação reversível atinge o equilíbrio quando as velocidades das reações direta e inversa se igualam.
2 2 O equilíbrio das reações é dinâmico
3 3 Ao atingir o estado de equilíbrio, a concentração de cada substância do sistema permanece constante.
4 4 Todas as reações reversíveis caminham espontaneamente para o estado de equilíbrio.
02) Na equação abaixo, após atingir o equilíbrio químico, podemos concluir a respeito da constante de equilíbrio que:
a A + b B c C + d D
a) Quanto maior for o valor de Kc, menor será o rendimento da reação direta.b) Kc independe da temperatura.c) Se as velocidades das reações direta e inversa forem iguais, então K2 = 0.d) Kc depende das molaridades iniciais dos reagentes.e) Quanto maior for o valor de Kc, maior será a concentração dos produtos.
1
2
03) (Covest – 98) Medidas de concentração para o sistema abaixo, em equilíbrio, a uma certa temperatura forneceram os seguintes resultados:
Determine a constante de equilíbrio dareação nestas condições.
[ H2 ] = 0,10 mol/L
[ I2 ] = 0,20 mol/L
[ HI ] = 1,0 mol/L
H2 ( g ) + I2 ( g ) 2 HI( g )
[ H2 ] = 0,10 mol/L
[ I2 ] = 0,20 mol/L
[ HI ] = 1,0 mol/L
H2 ( g ) + I2 ( g ) 2 HI( g )
=[ H2 ] [ I2 ]
[ HI ]2
KC
x( 0,10 ) ( 0,20 )
( 1,0 )=
1,0
0,02
=KC 50
04) Temos representado no gráfico abaixo as concentrações dos reagentes e dos produtos de uma mesma reação do tipo:
A + B C + D
Ocorrendo no sentido à direita a partirdo zero.
2
4
6
8
10 [ ]
caminho dareação
Tem-se sempre [A] = [B] e [C] = [D], estando estes valores representados no gráfico. A constante de equilíbrio da reação será igual a:A constante de equilíbrio da reação será igual a:
2
4
6
8
10 [ ] =[ C ]KC
8x [ D ]
[ A ] x [ B ]
8
44
=KC
16
64
=KC 4
a) 16.
b) 1/4.
c) 4.
d) 5.
e) 1/16.
05) Foram colocados em um recipiente fechado, de capacidade 2,0 L, 6,5 mol de CO e 5 mol de NO2. À 200°C o equilíbrio foi atingido e e verificou-se que haviam sido formados 3,5 mol de CO2.
Podemos dizer que o valor de Kc para oequilíbrio dessa reação é:
CO + NO2 CO2 + NO
início
reage / produz
equilíbrio
6,5 5,0 0,0 0,0
3,5 3,5
3,5 3,5 3,5 3,5
3,0 1,5
[ NO ]
=
= 3,5 2,0
= 1,75 M
KC[ CO2 ] [ NO ]
[ CO ] [ NO2 ]
x
x
3,0625
1,125
2,72[ CO ] =
3,0 2,0
= 1,50 M
[ NO2 ] = 1,5 2,0
= 0,75 M
[ CO2 ] = 3,5 2,0
= 1,75 M 1,75
1,50 0,75
1,75
= KC
= KC
a) 4,23.
b) 3,84.
c) 2,72.
d) 1,96.
e) 3,72.
06) Em um recipiente de 400 mL são colocados 2 mols de PCl5 gasoso a uma determinada temperatura. Esse gás se decompõem segundo a reação abaixo, e, o equilíbrio foi alcançado quando 20% do pentacloreto de fósforo reagiram ( % em mols ). A constante de equilíbrio, Kc, nessas condições, vale:
PCl5 PCl3 + Cl2
início
reage / produz
equilíbrio
2,0 0,0 0,0
0,4 0,4
0,4 0,4
1,6
0,4
Reage : n = 0,20 2x = 0,40 mol[ PCl5 ]
[ PCl3 ]
[ Cl2 ]
= 0,4
0,4 = 1,0 M
= KC x
0,25
= 0,4
0,4 = 1,0 M
= 1,6
0,4 = 4,0 M
[ PCl5 ]
[ PCl3 ] [ Cl2 ] 1,0 1,0
4,0
= KC4,0
1,0
= KC
a) 4,0.
b) 1,0.
c) 0,5.
d) 0,25.
e) 0,025.
Consideremos um sistema
em equilíbrio químico,
com as substâncias A, B, C e
D
A + B C + Dv1
v2
No equilíbrio, as velocidades
v1 e v2 são iguais e as
concentrações das substâncias
A, B, C e D são constantes
Se, por algum motivo, houver
modificação em uma das
velocidades, teremos mudanças
nas concentrações das
substâncias
Esta modificação em uma das
velocidades ocasiona
o que denominamos de
DESLOCAMENTO DO EQUILÍBRIO,
que será no sentido da maior
velocidade
A + B C + Dv1
v2
Equilíbrio inicial
Aumentando v1,
o deslocamento é para a direita
A + B C + Dv1
v2
Aumentando v2,
o deslocamento é para a esquerda
A + B C + Dv1
v2
Porém, após certo tempo, a
reação volta a estabelecer um
novo equilíbrio químico, mas
com valores de concentrações e
velocidades diferentes das
iniciais
O químico Henri Louis Le Chatelier
propôs um princípio que afirma:“Quando um sistema em equilíbrio
sofre algum tipo de perturbação
externa, ele se deslocará no
sentido de minimizar essa
perturbação, a fim de atingir
novamente uma situação de
equilíbrio”
É possível provocar alteração
em um equilíbrio químico por
variações de temperatura, de
concentração de participantes
da reação e pressão total
sobre o sistema
Observando a reação
Castanhoavermelhado
incolor
H < 0N2O4(g)2 NO2(g)
Balão a 100°C
Cor interna é CASTANHO-AVERMELHADO
EXOTÉRMICA
ENDOTÉRMICA
Balão a 0°C :
Cor interna é INCOLOR
Podemos observar que o
aumento da temperatura favorece a
reação que é ENDOTÉRMICA,
e a redução da temperatura favorece
a reação que é EXOTÉRMICA
Podemos generalizar dizendo
que um(a)
AUMENTO DE TEMPERATURA
desloca o equilíbrio no
SENTIDO ENDOTÉRMICO
DIMINUIÇÃO DE TEMPERATURA
desloca o equilíbrio no
SENTIDO EXOTÉRMICO
Vamos analisar o equilíbrio abaixo:
Cr2O7
1
22 H
2 – + H2O 2 CrO42 – + +
alaranjada amarela
O acréscimo de uma base deixa a
solução amarela, deslocando
o equilíbrio para a direita
O acréscimo de um ácido deixa
a solução alaranjada, deslocando
o equilíbrio para a esquerda
Podemos generalizar afirmando
que um(a)
AUMENTO DE CONCENTRAÇÃO
desloca o equilíbrio no
SENTIDO OPOSTO
da espécie química adicionada
DIMINUIÇÃO DE CONCENTRAÇÃO
desloca o equilíbrio no mesmo
MESMO SENTIDO
da espécie espécie retirada
Alterações de pressão influenciam
em equilíbrios que possuem
espécies químicas no estado
gasoso
Considere a reação química em equilíbrio abaixo
N2( g ) + 3 H2( g ) 2 NH3( g )
4 volumes 2 volumes
o AUMENTO DE PRESSÃO
sobre o sistema desloca
o equilíbrio químico no sentido do
MENOR VOLUME
na fase gasosa
a DIMINUIÇÃO DE PRESSÃO
sobre o sistema desloca
o equilíbrio químico no sentido do
MAIOR VOLUME
na fase gasosa
01) Considere a reação em equilíbrio químico:
N2( g ) + O2( g ) 2 NO( g )
É possível deslocá-lo para a direita:
a) Retirando o N2 existente.b) Removendo o NO formado.c) Introduzindo um catalisador.d) Diminuindo a pressão, à temperatura constante.e) Aumentando a pressão, à temperatura constante.
02) Temos o equilíbrio:
Queremos aumentar a concentração deCO2(g) nesse equilíbrio. Para isso ocorrer, devemos:a) Aumentar a pressão sobre o sistema.b) Diminuir a pressão sobre o sistema.
c) Adicionar H2(g) ao sistema.
d) Retirar H2O(g) do sistema.
e) Adicionar CO(g) ao sistema.
CO( g ) + H2O( g ) CO2( g ) + H2( g )
03) O equilíbrio gasoso representado pela equação :
N2( g ) + O2( g ) 2 NO( g ) – 88 kj
É deslocado no sentido de formação deNO(g), se :
a) a pressão for abaixada.
A pressão não desloca o equilíbrio, pois não há variação de volume
b) N2 for retirado.
A retirada do N2 desloca o equilíbriono mesmo sentido do N2, isto é, paraa esquerda.
c) a temperatura for aumentada.
A reação é ENDOTÉRMICA no sentido DIRETO, sendo favorecida com o aumento da temperatura
d) for adicionado um catalisador sólido ao sistema
O CATALISADOR não desloca o equilíbrio, apenas diminui a energia
de ativação da reação, nos dois sentidos.
e) o volume do recipiente for diminuído
04) Nitrogênio e hidrogênio reagem para formar amônia segundo a equação:
Se a mistura dos três gases estiver emequilíbrio, qual o efeito, em cada situação,sobre a quantidade de amônia, se provocar
N2( g ) + 3 H2( g ) 2 NH3( g ) + 22 kcal
N2( g ) + 3 H2( g ) 2 NH3( g ) + 22 kcal
I. Compressão da mistura.
4 volumes 2 volumes
aumenta
II. Aumento de temperatura.
EXO
ENDO
diminui
III. Introdução de hidrogênio. aumenta
a) aumenta, aumenta, aumenta. b) diminui, aumenta, diminui. c) aumenta, aumenta, diminui. d) diminui, diminui, aumenta. e) aumenta, diminui, aumenta.
É o caso especial de equilíbrio químico
em que aparecem íons
Cr2O7 2 H2 –
+ H2O 2 CrO42 –
+ +
Nos equilíbrios iônicos, também são
definidos um
grau de ionização ( )
e uma
constante de equilíbrio ( Ki )
Onde : ni é o número de mols dissociados n é o número de mols inicial
n in
=
Para a reação:
HCN (aq) H+ + (aq)(aq) CN –
= Ki[ H ] [ CN ]
[ HCN ]
+ –
01) X, Y e Z representam genericamente três ácidos que, quando dissolvidos em um mesmo volume de água, à temperatura constante, comportam-se de acordo com a tabela:
mols dissolvidos mols ionizados XYZ
20105
271
Analise as afirmações, considerando ostrês ácidos:I. X representa o mais forte
II. Z representa o mais fracoIII. Y apresenta o maior grau de ionização
X
=2
20= 0,10
= 10 %
Y Z
=7
10= 0,70
= 70 %
=1
5= 0,20
= 20 %
mols dissolvidos mols ionizados XYZ
20105
271
ni
n= grau de ionização
Está(ao) correta(s):a) Apenas I.b) Apenas II.c) Apenas III.d) Apenas I e II.e) I, II e III.
I. X representa o mais forteII. Z representa o mais fracoIII. Y apresenta o maior grau de ionização
= 10 % = 70 % = 20 %X Y Z
02) (FUVEST-SP) A reação H3C – COOH H+ + H3C – COO
tem Ka = 1,8 x 10
Dada amostra de vinagre foi diluída com água até se obter
uma solução de [H+] = 1,0 x 10 mol/L
– 5
– 3
Nesta solução as concentrações em mol/L de CH3COO e
de CH3COOH são, respectivamente, da ordem de:
–
–
a) 3 x 10 e 5 x 10 .– 1 – 10
b) 3 x 10 e 5 x 10 .– 1 – 2
c) 1 x 10 e 5 x 10 .– 3 – 5
d) 1 x 10 e 5 x 10 .– 3 – 12
e) 1 x 10 e 5 x 10 .– 3 – 2
[ H ] = 1,0 x 10 + – 3
[ CH3COO ] = 1,0 x 10 – 3–
= Ki[ H ] + [ CH3COO ]–
[ CH3COOH ]
1,8 x 10– 5
=1,0 x 10
– 31,0 x 10
– 3x
[ CH3COOH ]
[ CH3COOH ] =1,0 x 10
– 31,0 x 10
– 3x
1,8 x 10– 5
= 5,0 x 10– 2
LEI DA DILUIÇÃO DE OSTWALD
É uma lei que relaciona o grau de ionização com o
volume (diluição) da solução
Para a reação: HA(aq)
H + + (aq)(aq)A
–
= Ki[ H ] [ A ]
[ HCN ]
+ –
início
reage / produz
equilíbrio
[ ]
0,0 0,0
ni
n
= n n n
n – n n n
V
n n
V V
=
n n
V V
x
n ( 1 – )
V
n ( 1 – )
= n n
V V
x
V
n ( 1 – )
x
Ki =
M
2
1 – para solução de graude ionização pequeno
Ki = M
2
É uma lei que relaciona
o grau de ionização
com o volume (diluição) da solução
Ki = M 2
1 – para solução de graude ionização pequeno Ki = M 2
Para a reação: HA(aq)
H + + (aq)(aq)A
–
= Ki[ H ] [ A ]
[ HCN ]
+ –
início
reage / produz
equilíbrio
[ ]
0,0 0,0
ni
n
= n n n
n – n n n
V
n n
V V
=
n n
V V
x
n ( 1 – )
V
n ( 1 – )
= n n
V V
x
V
n ( 1 – )
x
Ki = M2
1 – para solução de graude ionização pequeno
Ki = 2
DEMONSTRAÇÃO DA FÓRMULA
M
01) Uma solução 0,01 mol / L de um
monoácido está 4,0% ionizada. A
constante de ionização desse ácido é:
m = 0,01 mol/L
= 4 % = 0,04 = 4,0 . 10
= 1,0 . 10 mol/L– 2
– 2
Ki = m 2=
21,0 . 10 – 2
x ( 4 x 10 )– 2
Ki = 1,0 . 10 – 2x 16 x 10 – 4
Ki = 16 x 10 – 6 = 1,6 x 10 – 5
a) 1,6 x 10
b) 1,6 x 10
c) 3,32 x 10
d) 4,0 x 10
e) 3,0 x 10
– 3
– 5
– 6
– 5
– 5
02) A constante de ionização de um
ácido HX, que se encontra 0,001%
dissociado, vale 10 .
A molaridade desse ácido, nessas
condições é :
– 11
Ki m =2
Ki m
=
= 0,001 % = 0,00001 =– 1110
?
1,0 . 10 – 5
= 2– 1110 = m x
– 5( 10 )
– 1010
m
=– 11
10– 1010
m
=– 1
10 = 0,10 M
a) 10
b) 0,001
c) 10
d) 0,10.
e) 1,00.
– 11
– 5
03) O grau de dissociação iônica do hidróxido de amônio em solução 2 mol/L é 0,283% a 20°C.
A constante de ionização da base, nesta temperatura, é igual a:
m
= 2,0 mol/L
= 0,283 % = 0,00283 = 2,83 . 10– 3
Ki = m 2 = 22,0 x ( 2,83 x 10 )– 3
Ki = 2 x 8 x 10 – 6
Ki = 16 x 10 – 6 = 1,6 x 10– 5
a) 1,6 x 10
b) 1,0 x 10
c) 4,0 x 10
d) 4,0 x 10
e) 1,6 x 10
– 5
– 3
– 3
– 2
– 1
Medidas experimentais de
condutibilidade de
corrente elétrica mostram que
a água, pura ou quando usada
como solvente, se
ioniza fracamente, formando o
equilíbrio iônico:HH2O ( l )
+(aq) + (aq)OH –
HH2O ( l )+(aq) + (aq)OH –
A constante de equilíbrio será:
= Ki[ H ] [ OH ]
[ H2O ]
+ –
como a concentração da águaé praticamente constante,
teremos:= Ki [ H ] [ OH ] [ H2O ] + –
PRODUTO IÔNICODA ÁGUA
( Kw )
Kw
– 14A 25°C a constante “Kw” vale
10 mol/L
= – 14
[ H ] [ OH ] + –
então
10
= – 14[H ] [OH ] + – 10
01) Um alvejante de roupas, do tipo “ água de lavadeira “, apresenta [ OH ] aproximadamente igual a 1,0 x 10 mol/L. Nessas condições, condições, a concentração de H será
da ordem de:
–
+
– 4
[ H ] + =
= [ OH ] –
10 M
– 4
Kw =
10 M
– 14
?
x– 4
10
[H ] + = – 1410 – 4
10
[H ] + = – 1010 mol/L
a) 10
b) 10
c) 10
d) 10
e) zero.
– 14
– 10
– 2
– 3
Em água pura a concentração
hidrogeniônica [H ] é igual à
concentração hidroxiliônica [OH ], isto
é, a 25°C, observa-se que:
+
–
= – 7[H ] [OH ] + – 10 =
Nestas condições dizemos que a solução é “ NEUTRA “
As soluções em que
[H ] > [OH ]
terão características
ÁCIDAS
+ –
10 mol/L<
[ H ]
[ OH ]
+
–
>
– 7
10 mol/L– 7
nestas soluções teremos
As soluções em que
[H ] < [OH ]
terão características
BÁSICAS
+ –
10 mol/L>
[ H ]
[ OH ]
+
–
<
– 7
10 mol/L– 7
nestas soluções teremos
01) Observando a tabela abaixo, podemos afirmar que entre os líquidos citados tem(êm) caráter ácido apenas: Líquido
Leite
Água do mar
Coca-cola
Café preparado
LágrimaÁgua de lavadeira
10 – 7
10 – 7
10 – 8
10 – 3
10 – 5
10 – 12
[ H ] [ OH ] + –
10 – 7
10 – 7
10 – 6
10 – 11
10 – 9
10 – 2a) O leite e a lágrima.b) A água de lavadeira.c) O café preparado e a coca-cola.d) A água do mar e a água de lavadeira.e) A coca-cola.
Como os valores das concentrações
hidrogeniônica e oxidriliônica
são pequenos, é comum representá-
las na forma de logaritmos e,
surgiram os conceitos de
pH e pOH
pH
pOH
=
=
– log [ H ]
– log [ OH ]
+
–
Na temperatura de 25°C
Em soluções neutras
pH pOH= = 7
Em soluções ácidaspH < 7 pOH > 7e
Em soluções básicaspH > 7 pOH < 7e
Podemos demonstrar
que, a 25°C,
e em uma mesma solução
pH + pOH = 14
01) A concentração dos íons H de uma
solução é igual a 0,0001. O pH desta
solução é:
a) 1.
b) 2.
c) 4.
d) 10.
e) 14.
pH = – log [ H ]+
+
[ H ] + = 0,0001 mol/L10 mol/L– 4
– log 10 – 4
x– ( – 4 ) log 10
x4 1 4
pH =
pH =
pH = pH =
02) A concentração hidrogeniônica de uma solução é de 3,45 x 10 íons – g/L. O pH desta solução vale:
– 11
Dado: log 3,45 = 0,54
a) 11.
b) 3.
c) 3,54.
d) 5,4.
e) 10,46.
[ H ] + = 3,45 x 10 – 11
pH – log +
pH = – log 3,45 – 11
+ log 10[ ]
0,54 – 11
= [ H ](3,45 x 10 )– 11
pH = – [ ]
11 – 0,54pH = 10,46
03) Considere os sistemas numerados (25°C)
pH = 6,0Saliva5
pH = 8,5Sal de frutas4
pH = 8,0Clara de ovos3
pH = 6,8Leite2
pH = 3,0Vinagre1
A respeito desses sistemas, NÃO podemosafirmar:
a) São de caráter básico os sistemas 3 e 4.
Verdadeiro pois, possuem pH > 7
b) O de maior acidez é o número 1.
Verdadeiro pois, possui o menor pH
c) O de número 5 é mais ácido que o de número 2.
Verdadeiro pois, o 5 possui pH menorque 2
d) O de número 1 é duas vezes mais ácido que o de número 5.1 tem pH = 3
5 tem pH = 6 10=
[ H ]
[ H ]
+ =– 6
10 – 3= o 3 é 1000 vezes mais ácido do
que 5, então é FALSO+ 10 – 6
10 – 3
10 3
e) O de menor acidez é o sal de frutas.
Verdadeiro pois, possui o maior pH
12) (UPE-2004-Q1) Na tabela, há alguns sistemas aquosos com os respectivos valores aproximados de pH, a 25°C.
pH = 3,0vinagresaliva
limpa - fornopH = 8,0pH = 13,0pH = 9,0pH = 1,0
água do marsuco gástrico
Considerando os sistemas aquosos databela, é correto afirmar que:
a) O vinagre é três vezes mais ácido que o suco gástrico.
[H ] + = 10 – 3
=
o vinagre é 100 vezes menos ácido do que suco gástrico
pH = 3,0vinagre
pH = 1,0suco gástrico
[H ] + = 10 – 1
vinagre
suco gástrico
10 – 3
10 – 110 – 2
b) No vinagre, a concentração de íons H3O é cem mil vezes maior que a da saliva.
+
pH = 3,0vinagre
saliva pH = 8,0[H ] + = 10 – 3
[H ] + = 10 – 8
= vinagre
saliva
10 – 3
10 – 810 5
o vinagre é 100000 vezes mais ácidodo que a saliva,VERDADEIRO
e) O suco gástrico constitui um sistema aquoso fracamente ácido.
c) A água do mar é menos alcalina que a saliva e mais ácida que o vinagre.
d) O sistema aquoso limpa-forno é o que contém o menor número de mols de oxidrila por litro.
saliva pH = 8,0pH = 3,0vinagre
pH = 9,0água do mar
limpa - forno pH = 13,0
pH = 1,0suco gástrico