A obtenção do ferro metálico nas usinas siderúrgicas, a partir da hematita, envolve o equilíbrio Fe2 O3 (s) +3 CO(g) <=ftarrows 2 Fe(s)+3 CO2 (g) a) Escreva a expressão da constante de equilíbrio dessa reação em função das concentrações. b) Sabendo-se que o valor de Kc =1,33 times 10^3, sob determinada temperatura T , indique as substâncias predominantes no equilíbrio nessa temperatura. c) Pode-se dizer que a adição de um catalisador aumenta o valor da constante de equilíbrio porque aumenta a velocidade da reação direta? Justifique.

Passo 1

Beleza, vamos lá! A questão fala sobre como a gente consegue transformar a hematita em ferro metálico nas siderúrgicas, usando uma reação química de equilíbrio. Precisamos resolver três partes:
a) Escrever a expressão da constante de equilíbrio usando as concentrações;
b) Com um valor dado para Kc, descobrir quais substâncias predominam no equilíbrio;
c) Discutir se adicionar um catalisador altera o valor da constante de equilíbrio porque acelera a reação direta.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que é a constante de equilíbrio, Kc. Ela nos diz a razão entre as concentrações dos produtos e dos reagentes quando a reação está em equilíbrio.
A reação é:
Fe2O3(s) + 3CO(g) <=ftarrows 2Fe(s) + 3CO2(g)
Só consideramos as espécies que estão em fase gasosa ou em solução para Kc, pois sólidos e líquidos puros têm atividades constantes e não entram na expressão.
Então, identificando os reagentes e produtos gasosos:
  • Reagentes gasosos: CO(g)
  • Produtos gasosos: CO2(g)
Agora, a expressão de Kc fica:
Kc = [CO2]^3[CO]^3

Passo 3

Agora, com Kc = 1,33 times 10^3, queremos saber quais substâncias estão em maior quantidade no equilíbrio. Como Kc é muito maior que 1, isso indica que, no equilíbrio, os produtos estão muito mais concentrados que os reagentes.
Ou seja, a concentração de CO2 é muito maior que a de CO no equilíbrio.

Passo 4

Por último, sobre o catalisador: um catalisador acelera a velocidade de uma reação sem ser consumido nela. Ele faz isso diminuindo a energia de ativação necessária para a reação ocorrer, tanto na direta quanto na reversa.
Importante lembrar que o catalisador não altera a posição do equilíbrio nem o valor de Kc, porque ele afeta igualmente as velocidades das reações direta e inversa.

Resposta

a) A constante de equilíbrio é Kc = [CO2]^3[CO]^3.
b) Com Kc = 1,33 times 10^3, as substâncias predominantes no equilíbrio são CO2 e Fe.
c) Não, a adição de um catalisador não aumenta o valor da constante de equilíbrio, pois ele apenas acelera a velocidade das reações direta e inversa igualmente, sem alterar a posição de equilíbrio.

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