O conceito de equilíbrio químico ajuda a entender a extensão em que uma reação ocorre, ou seja, até que ponto os reagentes se convertem em produtos. Com base nos seus conhecimentos e utilizando os dados fornecidos na tabela, responda às seguintes perguntas. (3,5 pontos)
Reação T(K) Kp
H2(g)+C l2(g) <=ftharpoons 2 HCl(g) 300 4,0 times 10^31
500 4,0 times 10^18
1000 5,1 times 10^8
F2(g) <=ftharpoons 2 F(g) 500 3,0 times 10^-11
1000 1,0 times 10^-2
1200 2,7 times 10^-1
b) Explique o que é o equilíbrio químico.
c) Escreva a expressão da constante de equilíbrio para cada uma das reações.
d) Para cada uma das reações, indique a temperatura na qual será obtida a maior quantidade de produto. Justifique sua escolha.
e) Calcule o De para ambas as reações a 500 K e justifique qual delas será espontânea ou não.

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada na questão que trata de equilíbrio químico. O objetivo aqui é entender até que ponto uma reação química vai rodar, ou seja, quanto dos reagentes se transformam em produtos. Para resolver isso, vamos precisar conhecer o conceito de equilíbrio químico, saber como escrever a constante de equilíbrio (Kp) para cada reação, analisar as temperaturas para identificar onde temos mais produto e calcular a energia livre de Gibbs (ΔG) para ver se as reações são espontâneas a 500 K.

Passo 2

b) O que é o equilíbrio químico?
O equilíbrio químico é o estado em que as taxas das reações direta e inversa se igualam, fazendo com que as concentrações dos reagentes e produtos permaneçam constantes ao longo do tempo. Isso não significa que as reações pararam, mas que estão acontecendo na mesma velocidade, mantendo o equilíbrio entre reagentes e produtos.

Passo 3

c) Expressão da constante de equilíbrio para cada reação
A constante de equilíbrio (Kp) é uma expressão que relaciona as pressões dos produtos e reagentes no equilíbrio para reações gasosas. A fórmula geral é:
Kp = prod (Pprodutos)^coeficientesprod (Prea>=ntes)^coeficientes
Aplicando isso para as reações dadas:
  1. Reação 1: Kp = (PHCl)^2PH2 cdot PCl2
Kp = (PF)^2PF2
  1. Reação 2:

Passo 4

d) Temperatura com maior quantidade de produto para cada reação
Para saber em qual temperatura teremos mais produto, observamos os valores de em diferentes temperaturas. Quanto maior , mais produtos são formados no equilíbrio.
  1. Reação 1:
    • 300 K:
    • 500 K:
    • 1000 K:
    A maior está a 300 K.
  2. Reação 2:
    • 500 K:
    • 1000 K:
    • 1200 K:
    A maior está a 1200 K.
Justificativa: Quanto maior a , mais produtos são formados no equilíbrio. Portanto, para a Reação 1, a menor temperatura favorece a formação de , e para a Reação 2, a maior temperatura favorece a formação de .

Passo 5

e) Cálculo do ΔG a 500 K e espontaneidade das reações
A relação entre Gibbs livre de energia ( De) e a constante de equilíbrio ( De) é dada por:
ln(4,0 times 10^18) approx ln(4) + ln(10^18) approx 1,386 + 18 times 2,303 approx 1,386 + 41,454 = 42,840
Onde:
  • De
  • De
Vamos calcular para as duas reações:
  1. Reação 1 (a 500 K): ln(3,0 times 10^-11) approx ln(3) + ln(10^-11) approx 1,098 - 11 times 2,303 approx 1,098 - 25,333 = -24,235
De
Primeiro, calculamos :
Então:
  1. Reação 2 (a 500 K):
Primeiro, calculamos :
Então:
Justificativa sobre espontaneidade:
  • Para a Reação 1, é negativo ( ), indicando que a reação é espontânea na formação de a 500 K.
  • Para a Reação 2, é positivo ( ), indicando que a reação não é espontânea na formação de a 500 K.

Resposta

Resumindo:
  • b) Equilíbrio químico é quando as reações direta e inversa ocorrem na mesma velocidade, mantendo as concentrações constantes.
  • c) As expressões das constantes de equilíbrio são:
  • d) A maior quantidade de produto é obtida a 300 K para a primeira reação e a 1200 K para a segunda, pois nessas temperaturas os são maiores.
  • e) A a 500 K é para a primeira reação (espontânea) e para a segunda (não espontânea).

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