Química Geral e Experimental II
P2
Equilíbrio químico, Cinética
Nome: ____________________________________ RA ______
Engenharia Ambiental
Prof. Fabrício R. Sensato
13.06.2008
Instruções:
• A avaliação tem duração de 90 min.
• Avaliação individual, sem consulta;
• É permitido o uso de calculadora (mas não é permitido o uso de
Variação da concentração de A com Variação da concentração de A
Equação de Arrhenius
calculadoras contidas em celulares ou palmtops);
com o tempo para uma reação de
o tempo para uma reação de 1a
• Telefones celulares devem permanecer desligados durante a
2a ordem:
ordem:
realização da prova
 Ea  1 
ln k = ln A − 
• O empréstimo de qualquer material não é permitido;
 
 R  T 
• Todos os dados necessários para a resolução da prova figuram na
folha de questões;
• As questões devem ser resolvidas na própria folha de questões. Se
R = 8,31447 JK-1mol-1
necessário, utilize o verso da folha de questões;
• Reprodução do Conselho de Faculdade 002/04 (Comunicação entre alunos com objetivos ilícitos, ou • Certamente não há qualquer armadilha na formulação das questões
cola, sob quais formas durante a realização de provas): Se a improbidade ocorrer em provas de • Não desate o maço que lhe foi entregue;
aproveitamento anteriores à última (P1 e P2), atribuir nota zero à respectiva prova e suspender o aluno • Empregue o número correto de algarismos significativos;
• Resolução e respostas podem ser dadas a lápis ou caneta.
de prestar a prova seguinte da mesma disciplina
• Ao terminar a prova, deixe a sala sem qualquer alarde.
(1) (2,0 pontos) Para o equilíbrio:
(2) (2,0 pontos) Estabeleceu-se o seguinte equilíbrio:
CH3CO2H(aq) ⇔ CH3CO2-(aq) + H+(aq)
2C(s) + O2(g) ⇔ 2CO(g)
∆Ho = -221 kJ/mol
-5
o
o valor da constante de equilíbrio é 1,8 × 10 a 25 C. Se em um recipiente, a 25 Explique qual será o efeito sobre a concentração de CO no equilíbrio se a) for adicionado
o
C, a concentração de cada substância for 0,100 mol/L, o sistema estará em O2, b) for adicionado C; c) for diminuído o volume do recipiente e d) for abaixada a
equilíbrio químico? Se não estiver, o que ocorrerá com as concentrações das três temperatura. Explique detalhadamente sua resposta.
substâncias? Explique detalhadamente sua resposta.
Resolução:
a) adição de O2: Parte do O2 adicionado reagirá com o C(s) formando mais CO(g):
Resolução:
Para que o sistema esteja em equilíbrio químico Q = Kc
deslocamento para a direita (reagentes → produtos);
+
b) adição de C: Não altera o equilíbrio, pois o C sendo sólido não contribui para a
[H ][CH 3CO 2 ]
(0,100)(0,100)
Q=
⇒ Q=
⇒ Q = 0,100
constante de equilíbrio e, assim, também não o modifica;
[CH 3CO 2 H]
(0,100)
c) diminuição do volume: parte dos produtos se converterá em reagentes e, portanto, o
Assim, Q > K c
equilíbrio se deslocará da direita para a esquerda;
d) abaixamento da temperatura: parte dos reagentes se converterá em produtos e, assim, a
Para Q → Kc, a concentração de reagentes deve aumentar às expensas
reação se deslocará da esquerda para a direita.
da diminuição da concentração dos produtos. Ou seja, parte dos produtos
se converterá em reagentes.
As situações a, b e c podem ser solucionadas usando tanto o quociente reacional, bem
como o princípio de Le Chatelier, enquanto o efeito da temperatura sobre o equilíbrio
químico (questão d) pode ser prevista usando apenas o princípio de Le Chatelier.
Explicação detalhada pode ser encontrada na resolução comentada do exercício 10 da lista
de exercícios sobre equilíbrio químico.
(3) (2,0 pontos) O valor de Kc a 25 oC para N2(g) + O2(g) ⇔ 2NO(g) é 4,5 × 10-31.
Suponha que 0,100 mol de N2 e 0,100 mol de O2 são adicionados a um recipiente
de 1,00 litro a 25 oC. Qual é a concentração de NO no equilíbrio?
Resolução
N2 (mol/L)
O2 (mol/L)
NO (mol/L)
[ ]o
0,100
0,100
0
-x
-x
+2x
∆[ ]
[ ]eq
0,100 - x
0,100 - x
+2x
[NO]2
(2 x)2
 2x 
⇒ 4, 5 × 10−31 =
⇒ 4, 5 × 10−31 = 
K=

[N 2 ][O 2 ]
(0,100-x)(0,100-x )
 0,100-x 
2x
4, 5 × 10−31 =
⇒ x = 3, 4 × 10−17
0,100 − x
2
(4) (1,0 ponto) A decomposição do SO2Cl2 é uma reação de primeira ordem
SO2Cl2(g) → SO2(g) + Cl2(g)
A constante de velocidade desta reação é igual a 2,8 × 10-3 min-1, a 600 K. Se a
concentração inicial do SO2Cl2 for 1,24 × 10-3 mol/L, em quanto tempo a concentração cai
até 0,31 × 10-3 mol/L?
Resolução:
Se a reação é de primeira ordem, então a relação entre a concentração de SO2Cl2 e o
tempo é dada por: ln[SO2Cl2] = -kt + ln[SO2Cl2]o
k = 2,8 × 10-3 min-1; [SO2Cl2]o = 1,24 × 10-3 mol/L; [SO2Cl2] = 0,31 × 10-3 mol/L
Isolando-se a variável t (tempo), tem-se:
t = ( ln[SO2Cl2]o - ln[SO2Cl2] )/k
t = 5,0 × 102 min
[N 2 ]eq = (1,00 - x) mol/L ⇒ 1,00 - 3, 4 × 10−17 ≅ 1,00 mol/L
[O 2 ]eq = (1,00 - x) mol/L ⇒ 1,00 - 3, 4 × 10−17 ≅ 1,00 mol/L
[NO]eq = (2x) mol/L ⇒ 2 × 3, 4 × 10−17 mol/L ⇒ 6,8 × 10−17 mol/L
(5) (2,0 pontos) A velocidade inicial da reação abaixo foi medida para várias
concentrações iniciais diferentes de A e B-, e os resultados são como seguem
Ensaio
[A]o (mol/L)
[B]o (mol/L)
(6) (1,0 ponto) O gás incolor N2O4 se decompõe no gás-avermelhado NO2 (dióxido de
nitrogênio) numa reação de primeira ordem.
N2O4(g) → 2NO2(g)
Velocidade Inicial
A constante de velocidade, k, é 4,5 × 103 s-1 a 274 K e 1,0 × 104 s-1 a 283 K. a) O que é
-1 -1
(molL s )
energia de ativação? b) Qual a energia de ativação desta reação?
2,7 × 10-7
Dica: Uma maneira de resolver este problema é fazê-lo graficamente a partir da
5,4 × 10-7
dependência entre a constante de velocidade e a temperatura (em Kelvin) conforme
10,8 × 10-7
previsto pela equação de Arrhenius.
5,0 × 10-2
2,0 × 10-2
-2
5,0 × 10
4,0 × 10-2
-1
1,0 × 10
2,0 × 10-2
A+B→C+D
(a) Determine a lei de velocidade (equação de velocidade) para esta reação.
Explique detalhadamente sua resposta. (b) Calcule a constante de velocidade.
Resolução
v = k[A]n[B]m
Comparando-se os ensaios 1 e 2 ([A] = constante), observa-se que quando a
concentração de B é dobrada, a velocidade inicial da reação também dobra e,
portanto, m = 1. Comparando-se os ensaios 1 e 3 ([B] = constante), verifica-se que
quando a concentração de A é dobrada, a velocidade inicial é quadriplicada e,
portanto, n = 2. Assim, a equação de velocidade torna-se: v = k[A]2[B]1
O valor de k pode ser obtido a partir de qualquer um dos três ensaios.
1
2
3
v = k[A]2 [B]1 ⇒ k =
k = 5,4×10 -3 Lmol-1s-1
-7
-1 -1
v
2,7 × 10 molL s
⇒k =
[A]2 [B]1
[5,0 × 10-2 molL-1 ]2 [2,0 × 10-2 molL-1 ]1
Resolução:
A equação de Arrhenius revela que um gráfico de lnk contra 1/T resulta em uma reta de
coeficiente angular igual a –Ea/RT. O coeficiente angular pode ser prontamente calculado
E
ln k2 - ln k1
ln(1,0×104s -1 ) - ln(4,5×103s -1 )
⇒ Ea = - a=
× 8,311447 Jmol-1K -1
1 1
1
1
R
.
T2 T1
283 K 274 K
E a = 57 kJmol-1
Energia de ativação: É a energia mínima necessária para que se inicie uma dada reação
química.