Equilíbrio Químico_slides

5/9/2018 Equilíbrio Químico_slides - slidepdf.com

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Equilíbrio

Química Analítica I

Prof. Jonatas Gomes da Silva 2 o Semestre de 2011

Químico

1



É a situação em que a proporção entre as

Equilíbrio Químico

reação química se mantém constante aolongo do tempo.

2



N2 (g) + 3 H2 (g) 2NH3 (g)

Considere a Reação:

A seta ( ) significa que a reação ocorre nos dois sentidos. 3




2

CO2 (g) + H2 (g) CO (g) + H2O (g)

1

0

[CO2] ou [H2]

[CO] ou [H2O]4




CO2 (g) + H2 (g) CO (g) + H2O (g)

2

1

0

[CO2] ou [H2]

[CO] ou [H2O]

5




CO2 (g) + H2 (g) CO (g) + H2O (g)

2[H2]

1

0

[CO2]

[CO] ou [H2O]6




CO2 (g) + H2 (g) CO (g) + H2O (g)

2

1

0

[CO2] ou [H2]

[H2O]

[CO]

7



Constante de equilíbrio

aA + bB cC + d D

ba

dc

[B][A][D][C]Q =

A uma determinada temperatura o valor da expressãoda lei da ação das massas para uma reação emequilíbrio é uma constante.

Lei do equilíbrio químico 8



N2 (g)+ 3 H2 (g)

2NH3 (g)

3

22

23

c][H][N

][NHK =

3

2

NH

p3

PP

PK =

22

∆n

cp (RT)KK =

Onde:R = é a constante dos gases (0,082 atm L mol-1 K-1);

T = temperatura em kelvin;

n = variação do número de mols de gás. 9



Em cálculos de constante de equilíbrio:

1) A concentração de solutos deve ser expressa em números

de mols por litro (mol L-1).

2) As concentrações de gases devem ser expressas em

atmosferas (atm).

3) As concentrações de sólidos, líquidos e solventes purossão omitidas porque são iguais à unidade.

10



Manipulando constantes de equilíbrio

HA H

++ A

-

[HA]

][A][HK

-

1

+

=

HA H+ + A-

1

-1K1

][A][H]HA[K' ==

+

HA H

++ A

-K1

CH+

H+

+ C

HA + C A-+ CH+

K2

K3

[C][HA]

][CH][A

[C]][H

][CH.

[HA]

][A][HKKK

--

213

+

+

++

===

11



Equilíbrio e Termodinâmica

Entalpia (H)

A variação de entalpia (H) para a reação é o calor absorvido

quando a reação ocorre sob uma pressão constante. A variação de

ental ia- adrão Hº refere-se ao calor absorvido uando todos

os reagentes e produtos estão em seus estados-padrão.

O sinal negativo de Hº indica que o calor é liberado (reação

exotérmica), e o sinal positivo indica que o calor é absorvido

(reação endotérmica).

12




Entropia (S)

A entropia (S), de uma substância é a medida de sua

“desordem”. Quanto maior a desordem, maior será a entropia. Sº

é a varia ão de entro ia uando todas as es écies estão em seus

estados-padrão.

13




Energia livre de Gibbs (G)

Uma reação química é dirigida para formação de produtos

pelo valor negativo de H, ou valor positivo de S, ou ambos.

Quando H é negativa e S positiva, a reação é claramente

favorecida, quando o inverso a reação é claramente desfavorecida.Quando H e S são ambas positivas ou negativas, o que

decide se a reação será favorecida é a variação da energia livre de

Gibbs (G). Uma reação é favorecida se G é negativa.

ST-HG∆∆=∆

14




A constante de equilíbrio depende de Gº da seguinte maneira:

G º∆−

e=

Quanto mais negativo o valor de Gº, maior é a constante de

equilíbrio.

15




Reação espontânea

Gº < 0 K > 1

Reação não espontânea

Gº > 0 K < 1

eagen eProduto

16



Princípios de Le Chatelier

Quando sistemas em equilíbrio são submetidos aqualquer perturbação externa, o equilíbrio desloca-se nosentido contrário a fim de minimizar esta perturbação.

Efeito da Concentração

N2 (g) + 3 H2 (g) 2NH3 (g)

ba

dc

[B][A]

[D][C]Q =

Q < K

Q > K

Desloca para a direita

Desloca para a esquerda 17



Efeito da Temperatura

reagentes produtos + calor

T

T

Desloca para a esquerda


produtoscalor + reagentes

TT



18



Efeito da Pressão

N2 (g) + 3 H2 (g) 2NH3 (g)

P

es oca para a re a


19



Cálculos de Equilíbrio

1) Adiciona-se iodeto de hidrogênio em um recipiente a 458 ºC. O

HI se dissocia formando H2 e I2. Depois de estabelecido o equilíbrio

a esta temperatura, são tomadas amostras que são analisadas. A

[HI] encontrada foi de 0,421 mol L-1, enquanto a [H2] e a [I2] são

ambas 6,04 x 10-2 mol L-1. Calcule o valor da constante de equilíbrio

º

2HI(g)

H2(g)+ I2(g)

222

c]HI[

]I[]H[K =

2

2

-2-2

c 10x2,06(0,421)

)10x(6,04)10x(6,04

K

−==

20



2) Num recipiente, foram colocadas quantidades de PCl5

a 160 ºC.

Depois de estabelecido o equilíbrio, as concentrações encontradas

das três espécies gasosas foram: [PCl5] = 0,0346 mol L-1 e [PCl3] =

[Cl2] = 0,0270 mol L-1.

PCl5 PCl + Cl2

Calcule o valor da constante de equilíbrio nesta temperatura.

21



3) HI, H2

e I2

são todos colocados num recipiente a 458 ºC. No

equilíbrio, [HI] = 0,360 mol L-1 e [I2] = 0,150 mol L-1. Qual a

concentração de equilíbrio de [H2] nesta temperatura?

Dados: Kc = 2,06 x 10-2 a 458 ºC

2HI H2 + I2

22



4) 1,00 mol de HI é colocado num recipiente de 5,00 litros a 458 ºC.Quais são as concentrações de HI, I2 e H2 depois de estabelecido o

equilíbrio a esta temperatura?

Dados: Kc = 2,06 x 10-2 a 458 ºC

2HI(g)

H2(g)+ I2(g)

Concentração inicial de HI no recipiente:

As concentrações iniciais de H2 e I2 são 0.

A reação prossegue aumentando [H2] e [I2] e reduzindo [HI]

até que se estabeleça a condição de equilíbrio.

1Lmol0,2005L

mol1,00

(L)V

n[HI] −

===

23



A condição de equilíbrio

2 HI H2 I2Conc. inicial (mol L-1) 0,200 0 0

Variação da conc. (mol L-1) -2x x x

Conc. em equilíbrio (mol L-1) 0,200 – 2x x x

2

22c

]I[]H[K = No equilíbrio:

2

1-

2

2-

10x2,24x

2x-0,200x10x1,44

2x)-(0,200

)x()x(10x2,06

−=

=

=[H2] = x = 2,24 x 10-2 mol L-1

[I2] = x = 2,24 x 10

-2

mol L

-1

[HI] = 0,200 - 2x = 0,155 mol L-1

24



5) 0,100 mol de PCl5 é colocado em um recipiente de 2,00 L a 160ºC. Após estabelecido o equilíbrio quais as concentrações de todas

as espécies?

Dados: Kc = 2,11 x 10-2 a 160 ºC

5(g) PCl3(g) + Cl2(g)

25



6) Suponha que 3,00 mols de HI, com 2,00 mols de H2

e 1,00 mol

de I2, são colocados num recipiente de 1,00 litro a 458 º C. Após

estabelecido o equilíbrio, quais as concentrações de todas as

espécies?

Dados: Kc = 2,06 x 10-2 a 458 ºC

2HI(g) H2(g) + I2(g)

26



1Lmol3,001L

mols3,00

(L)V

n[HI] −

===

12 Lmol2,00

1L

mols2,00

(L)V

n][H −

===

Concentrações iniciais de HI, H2

e I2

no recipiente:

1

2 Lmol1,001L

,

(L)V]I[−

===

Supondo que a reação prossegue aumentando [H2] e [ I2] ereduzindo [HI] até que se estabeleça a condição de equilíbrio.

27



2 HI H2 I2

Conc. inicial (mol L-1) 3,00 2,00 1,00

Variação da conc. (mol L-1) -2x x x

Conc. em equilíbrio (mol L-1) 3,00 – 2x 2,00 + x 1,00 + x

]I[]H[

++=

2x)-(3,00

)x(1,00)x(2,0010x2,06

2

2-A condição de equilíbrio:

2c

]HI[

=

8,2

69,0

−=

−=

±−

=

=++

x

x

2a

4ac-bbx

01,813,25x0,918x

2

2

28



No equilíbrio:

[H2] = 2,00 + x = 2,00 – 0,69 = 1,31 mol L-1

[I2] = 1,00 + x = 1,00 – 0,69 = 0,31 mol L-1

[HI] = 3,00 - 2x = 3,00 – 2(-0,69) = 4,38 mol L-1

,

e reduzindo [HI] até que se estabeleça a condição de equilíbrio,

estava errada, na realidade [H2] e [I2] reduzem e [HI] aumenta.

29



7) Coloca-se 1,00 mol de PCl5, 1,00 mol de PCl3 e 1,00 mol de Cl2

num recipiente de 2,00 L a 160 ºC. Qual a concentração de cada

substância depois de estabelecido o equilíbrio?

Dados: Kc = 2,11 x 10-2 a 160 ºC

30



8) Um mol de gás NOCl é colocado em um recipiente de 4,0 litros a

25 ºC. o NOCl sofre pequena decomposição, formando os gases

NO e Cl2. Se a constante de equilíbrio Kc é 2,0 x 10-10 a 25ºC, quais

são as concentrações de todas as espécies no equilíbrio.

2NOCl(g)

2NO(g)

+ Cl2(g)

Concentração inicial de NOCl no recipiente:

1Lmol0,25

4L

mol1,00

(L)V

n[NOCl] −

===

As concentrações iniciais de NO e Cl2 são 0.

31



2 NOCl 2NO Cl2

Conc. inicial (mol L

-1

) 0,25 0 0Variação da conc. (mol L-1) -2x 2x x

Conc. em equilíbrio (mol L-1) 0,25 – 2x 2x x

A condição de equilíbrio:

22

2

c]NOCl[

][ClNO][K =

2

2

10-

2x)-(0,25)x()x(210x2,0 =

32



O valor de Kc, é muito pequeno, significando que no equilíbrio o

numerador da expressão da lei da ação das massas é muito menor

que o denominador (a reação está pouco deslocada para a direita).

Portanto, x deve ser um número pequeno, tão pequeno que no

denominador 2x é desprezível em comparação a 0,25 do qual

deveria ser subtraído.

2

210-

(0,25)

)x()x(210x2,0 =

-410x1,5x ≈

0,25 – 2x = 0,25 – 2 (1,5 x 10-4) = 0,25 – 3 x 10-4 = 0,25

33



Portanto, 3 x 10-4 é desprezível em comparação a 0,25.

No equilíbrio:

[NO] = 2x = 3,0 x 10-4 mol L-1

[Cl2] = x = 1,5 x 10-4 mol L-1

[NOCl] = 0,25 - 2x = 0,25 mol L

-1

34



9) Usando os dados do problema anterior, determine as

concentrações de equilíbrio de todas as espécies num recipiente de

1,0 L que contém 1,0 mol de NOCl e NO a 25 ºC.

35



EXERCÍCIOS

1) O valor de Kc para o equilíbrio abaixo a 600 K é 302:

a) Um recipiente de 1,00 L contém em equilíbrio 0,100 mol de CO,

0 200 mol de H O e 0 300 mol de CO . Calcule H . Res osta:

CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)

36

20,1 mol L-1)

b) Números iguais de mols de CO e H2O são adicionados a um

recipiente a 600 K. Depois de estabelecido o equilíbrio, CO2 é 4,60

mol L-1. Qual a concentração de CO no equilíbrio? (Resposta: 0,265

mol L-1)



c) Calcule o número inicial de mols de CO adicionados no problema

anterior, a um recipiente de 5,00 L. (Resposta: 24,3 mols)

d) Suponha que são adicionados, a um recipiente de 1,00 L, a 600

K, 2,00 mols de CO e 2,00 mols de H2O. Qual a concentração deequilí brio de CO2, H2, CO e H2O? (Resposta: [CO2] = 1,89 mol L-1,

= -1 = -1 = -1

37

2 , , , 2 ,

e) Suponha que são adicionados, a um recipiente de 4,00 L, a 600

K, 1,67 mols de CO2 e 1,67 mols de H2. Qual a concentração de

equilíbrio de CO2

, H2

, CO e H2

O? (Resposta: [CO2

] = 0,395 mol L-1 ,

[H2] = 0,395 mol L-1 , [CO] = 2,27 x 10-2 mol L-1 e [H2O] = 2,27 x 10-2

mol L-1)



f) Suponha que são adicionados, a um recipiente de 2,00 L, a 600

K, 0,400 mol de CO2 e 0,400 mol de H2O, 0,400 mol de CO e 0,400

mol de H2. Qual a concentração de equilíbrio de CO2, H2, CO e

H2O? (Resposta: [CO2] = 0,378 mol L-1 , [H2] = 0,378 mol L-1, [CO] =

2,2 x 10-2 mol L-1 e [H2O] = 2,2 x10-2 mol L-1)

38

g) Suponha que são adicionados, a um recipiente de 1,00 L, a 600K, 0,600 mol de CO2 e 0,400 mol de H2. Qual a concentração de

equilíbrio de CO2, H2, CO e H2O? (Resposta: [CO2] = 0,573 mol L-1,

[H2] = 0,373 mol L-1, [CO] = 2,66 x 10-2 mol L-1 e [H2O] = 2,66 x 10-2

mol L-1)



2) O valor de Kc para o equilí brio abaixo a 298 K é 4,5 x 10-31:

Suponha que 0,100 mol de N2 e 0,100 mol de O2 são adicionados a

um recipiente de 1,00 L a 298 K. Qual a concentração de NO noequilíbrio? (Resposta: 6,7 x 10-17 mol L-1)

N2(g) + O2(g) 2NO(g)

39

3) O valor de Kc para o equilíbrio abaixo a 1400 K é 1,5 x 10-5:

Calcule a concentração de equilíbrio de H2 num recipiente de 0,500

L ao qual tenham sido adicionados 0,118 mol de HBr a 1400 K.

(Resposta: 9,1 x 10-4

mol L-1

)

2HBr(g) H2(g) + Br2(g)



4) Grafite natural de boa qualidade para uso industrial (eletrodos,

cadinhos, etc.) é escasso; conseqüentemente, a produção de

grafite artificial é crescente. Em atmosferas ricas em dióxido de

carbono, a 1000 ºC, o grafite reage segundo a seguinte reação:

C(gr.) + CO2(g) 2CO(g)

40

Se a 1000 ºC as pressões parciais de equilíbrio de CO e CO2 são

1,544 atm e 1,228 atm, respectivamente, calcule os valores de Kp e

Kc

para essa reação. (Resposta: Kp

= 1,942 e Kc

= 1,85 x 10-2)



5) A 1205 ºC, Kc é igual a 7,09 x 1012 para:

Calcule Kp a esta temperatura. (Resposta: Kp = 5,85 x 1010)

2CO(g) + O2(g) 2CO2(g)

41

6) A 25 ºC, Kp é igual a 0,11 para:

Calcule Kc a esta temperatura. (Resposta: Kc = 1,84 x 10-4)

NH4HS(s) NH3(g) + H2S(g)



7) Para a reação:

Gº = + 59,0 kJ mol-1

a 298,15 K. Calcule o valor de K para areação.

-1 -1

HCO3- H+ + CO3

2-

42

,

(Resposta: K = 5 x 10-11)



Bibliografia

1. Russel, J.B.; Química Geral , 2ª ed., McGraw Hill: São Paulo,

1994.

. , . , .

moderna e o meio ambiente , 1ª ed., Bookman: Porto Alegre, 2001.

3. Harris, D. C.; Análise Química Quantitativa , 5ª ed., LTC: Rio de

Janeiro, 2001.

43

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