Equilíbrio Químico, Constante de equilíbrio - Exercícios - Química, Notas de estudo de Química. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUC-RS)
Paulo89
Paulo895 de Março de 2013

Equilíbrio Químico, Constante de equilíbrio - Exercícios - Química, Notas de estudo de Química. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUC-RS)

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Apostilas e exercicios de quimica sobre o estudo do Equilíbrio Químico e da Constante de equilíbrio.
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Microsoft Word - Lista 8.doc

1

Instituto de Química/UFRGS Departamento de Físico-Química

Físico-Química I-B

Lista de Exercícios N0 8: Equilíbrio Químico 1) O tetróxido de dinitrogênio está 18,46% dissociado a 298K e 1 bar segundo o equilíbrio:

N2O4 (g) ⇔ 2NO2 (g). Calcule a) K, b) ∆G0r c) K a 100°C sabendo que ∆H0r=57,2 kJ mol-1 no intervalo de temperatura considerado. Resp: a) 0,14; b) 4,85 kJ; c) 14,7. 2) a) Calcule a constante de equilíbrio para a reação abaixo, sabendo que ∆G0298=-257.191 kJ: CO (g) + 1/2 O2 (g) ⇔CO2 (g) Resp:1,15 x 1045 b) Qual a relação da constante de equilíbrio da seguinte equação química com K do item a)? 2CO (g) + O2 (g) ⇔ 2CO2 (g) 3) a) Calcule a constante de equilíbrio para cada uma das reações abaixo a 25°C: CO (g) ⇔ 1/2 O2 (g) + C (grafite) , ∆G0298=137.168 kJ Resp: 9 x 10-25 O2 (g) + C (grafite) ⇔CO2 (g) , ∆G0298=-394.359 kJ Resp: 1,4 x 1069 b) Qual a relação destas constantes de equilíbrio com K do problema 2a? 4) A entalpia padrão da reação Zn (s) + H20 (g)→ ZnO (s) + H2 (g) é aproximadamente constante e igual a 224 kJmol-1 de 920K até 1600K. A 1280K, ∆G0r=33 kJ mol-1. Supondo que ∆H0r e ∆S0r permanecem constantes, calcule a temperatura na qual K se torna mais alta que 1. Resp: > 1500 K 5) Responda o que acontecerá quando a reação abaixo sofrer as seguintes variações: 2SO3 (g) ⇔2SO2 (g) + O2 (g)∆H0=197,78 kJ a) Aumento de temperatura b) Aumento de pressão c) Adição de mais oxigênio quando a reação está em equilíbrio d) Remoção de oxigênio quando a reação está em equilíbrio 6) A 1000 K a constante de equilíbrio para a reação abaixo vale 0,059 atm. Exatamente 15 g de CaCO3 são colocados em um frasco de 20 litros a 1000K. Após o equilíbrio ter sido atingido, quanto de CaCO3 permanece presente?

CaCO3(s) ⇔ CaO(s) + CO2(g)

Resp: 13,56 g

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7) A constante de equilíbrio para a reação abaixo foi medida a várias temperaturas. Determine ∆Ho298 e ∆So298 utilizando os dados da tabela.

H2O (l) ⇔ H+ (aq.) + OH - (aq.)

Temperatura (Celsius)

0 25 40 60

K 1.15x10-15 1.00x10-14 2.95x10-14 9.55x10-14

Resp: ∆Ho298 = 55,9 kJ; ∆So298 = -80,8 J/K 8) A constante de equilíbrio de uma certa reação ajusta-se à expressão abaixo entre 300K e 600K: lnK=-1,04-1088T-1 + 1,51 10-6 T-2 Calcule ∆Ho e ∆So a 400K. Resp: ∆Ho400 = 9,05 kJ; ∆So298 = -8,6 J/K 9) Um recipiente selado foi enchido com 0,300 mol de H2 (g) , 0,400 mol de I2 (g) e 0,200 mol de HI (g) a 870K e pressão total igual a 1 bar. Calcule as quantidades da mistura no equilíbrio, sabendo que a constante de equilíbrio é igual a 870 para a reação H2 (g) + I2 (g) ⇔ 2HI (g). Resp: nH2 = 0,007; nI2 = 0,107; nHO = 0,786 10) Trietilamina (TEA) e 2,4-dinitrofenol (DNP) formam um complexo em clorobenzeno. A constante de equilíbrio K foi medida a várias temperaturas: T (Celsius) 17,5 25,2 30,0 35,5 39,5 45,0 K 29670±1230 14450±560 9270±70 5870±120 3580±30 2670±70 Calcule ∆Ho e ∆So para a formação do complexo a 20°C. Resp: ∆Ho = -69 kJ; ∆So = -152 J/K 11) Para a reação de decomposição do carbonato de cálcio (problema 6), calcule a constante de equilíbrio a 1000K a partir da função energia livre. Dados:∆Ho298=178,32 kJ Ho298-H

o 0=9,36 kJ

Para o CO2: 5,226 )( 0 =−−

T

HG oo J/K

Resp: K=0,066

3 298 ;1000/22,144

)( CaCOKaKJ

T

HG oo =−−

CaOKaKJ T

HG oo ;1000/85,63

)( 298 =−−

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Provas anos anteriores 12) O tetróxido de dinitrogênio se dissocia em fase gasosa segundo o equilíbrio de reação:

N2O4 (g) === 2 NO2 (g) A 400 K o ∆H∅ = 56,9 kJ mol-1 e o ∆S∅ = 174 J K-1 mol-1

Calcule a constante de equilíbrio da reação a 400 K.

a) Calcule a composição da mistura em equilibro a 400 K e 1 bar de pressão total. b) Qual será a composição da mistura a 350 K e 1 bar de pressão total? Considere ∆H∅ e ∆S∅ aproximadamente constantes. Resp: a = 45,55 13) Dada a seguinte reação e os dados da tabela 1:

2 CO(g) === C (grafita) + CO2(g)

Tabela 1 Substancia ∆H∅f (kJ mol-1) S∅ (J K-1 mol-1) Cp (J K-1 mol-1)

CO(g) -110,53 197,67 29,1 + 6,7 x 10-3 T/K

C(grafita) 0 5,740 8,5 + 11,0 x 10-3 T/K

C(g) 716,68 158,1 20,84 + 25 x 10-3 T/K

CO2(g) -393,15 213,74 37,1 + 63,7 x 10 -3 T/K

Calcule: a) Calcule a variação de energia livre de Gibbs a 25 oC. b) A constante de equilíbrio a 25 oC. c) Calcule a variação de energia livre de Gibbs e a constante de equilíbrio a 827 oC considerando que Cp depende da temperatura (ver tabela 1). Compare o resultado com o ponto anterior. O que pode dizer com respeito à espontaneidade da reação as duas temperaturas. Resp: a) ∆Go298 = -119,7 kJ 14) a) Cinco móis de benzeno são submetidos a uma compressão isotérmica (temperatura reduzida = 1,0 ) desde uma pressão reduzida de 0,45 até 3,0. Calcule a variação de energia livre de Gibbs para o processo. b) O que você pode inferir sobre a espontaneidade do processo? Dados: Pc = 48,6 atm, Tc = 562,7 K, γ (0,45) = 0,72, γ (3,0) = 0,30 Resp: a) -23,9 Kj 15) Responda as seguintes perguntas justificando sua resposta em cada caso: a) Que relação tem o trabalho associado a um processo e as energias livres de Gibbs e Helmholts? A partir da desigualdade de Clausius:

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dS ≥ dq / T é possível obter o critério geral para uma transformação espontânea. Prove que o critério de espontaneidade a entropia e volume constante é dU S,V < 0. (Considere a definição da primeira lei da termodinâmica). b) O que representa a variação do potencial químico a pressão constante com a temperatura? Represente esquematicamente a variação do potencial químico para as fases sólidas, líquidas e gasosas. c) Defina grau de avanço de reação e explique que relação tem com a energia livre de Gibbs. Pode saber se uma determinada reação química ocorre espontaneamente ou não baseado nos conceitos de grau de avanço e energia livre de Gibbs? Justifique sua resposta. 16) Em temperaturas moderadamente altas, o dióxido de nitrogênio (NO2) encontra-se em equilíbrio com o tetróxido de dinitrogênio (N2O4), porém, acima de 140°C a mistura é, principalmente, NO2. a) Calcule a constante de equilíbrio a 25°C. b) Calcule a constante de equilíbrioa 140 °C considerando constante o ∆Hor no intervalo de temperaturas considerado. c) Justifique, qualitativamente, o fato de que a 140 °C o equilíbrio está muito deslocado para produtos. d) Deduza a equação da constante de equilíbrio em função do grau de dissociação para a reação.

Resp: a) 0,1736; b) 108,9; e) 23,6% 17) Alaranjado de metila (AM), também chamado de alaranjado de metilo, laranja de metila, laranja de metilo ou heliantina é um indicador de pH frequentemente usado em titulações por causa de sua clara mudança de coloração. A pH menores a ~ 3 apresenta cor vermelho e a pH maiores a 4,4 apresenta cor amarelha. O equilíbrio pode ser representado pela seguinte equação:

Pesquisadores de Suíça e Estados Unidos investigaram a dependência da constante ácido/base de dissociação a 20 oC com a pressão (Tabela 1) e determinaram a variação no volume molar da reação de dissociação: Tabela 1

P / bar 1 100 200 300 400 500

Ln K -3,505 -3,493 -3,485 -3,476 -3,47 -3,464

AMH (aq) H +

(aq) + AM - (aq)

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a) Deduza a equação utilizada na dependência do ln K com a pressão. b) Determine o ∆V para o equilíbrio acido base do AM. Utilizando a equação a deduzir em (a) o resultado estará expresso direitamente em cm3 mol-1.

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