Na química da atmosfera, a reação química seguinte converte
, o óxido de enxofre predominantemente na combustão de materiais que contêm enxofre, em
, que pode combinar com
para formar ácido sulfúrico (e, portanto, contribui para a chuva ácida):
(a) Escreva a expressão para
, para este equilíbrio.
(b) Calcule o valor de
para este equilíbrio, usando os valores de
do Apêndice 2.
© Calcule o valor de
para este equilíbrio.
(d) Se 1,00 bar de
e 1,00 bar de
forem fechados em um sistema na presença de algum
líquido, em que direção o equilíbrio irá se deslocar?
(b) Calcule o valor de
© Calcule o valor de
(d) Se 1,00 bar de
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada nessa questão de química atmosférica! A gente tem uma reação que transforma dióxido de enxofre (
) em trióxido de enxofre (
), que depois pode formar ácido sulfúrico e contribuir para a chuva ácida. O que a gente precisa fazer aqui são quatro partes:
a) Escrever a expressão da constante de equilíbrio (
) para essa reação.
b) Calcular a variação da energia livre padrão ( ) para o equilíbrio usando valores de entalpia padrão de formação.
c) Calcular o valor de usando o
encontrado.
d) Analisar para qual lado o equilíbrio vai se deslocar se a gente fechar um sistema com certas pressões de e
na presença de um pouco de
líquido.
b) Calcular a variação da energia livre padrão (
c) Calcular o valor de
d) Analisar para qual lado o equilíbrio vai se deslocar se a gente fechar um sistema com certas pressões de
Vamos resolver cada parte passo a passo!
Passo 2
Parte a: Escrever a expressão para
Primeiro, precisamos lembrar que a constante de equilíbrio (
) para uma reação química é dada pelas concentrações ou pressões dos produtos elevados aos seus coeficientes estequiométricos divididos pelas concentrações ou pressões dos reagentes elevados aos seus coeficientes.
Para a reação dada:
Observe que
está no estado líquido. Em equilíbrio, as atividades de substâncias puras em estado líquido ou sólido são consideradas iguais a 1. Portanto, na expressão de
,
será simplesmente 1 e não entra na equação.
Então, a expressão para
será:
Onde
e
são as pressões parciais de
e
, respectivamente.
Passo 3
Parte b: Calcular
para o equilíbrio
A variação da energia livre padrão (
) está relacionada com a constante de equilíbrio pela fórmula:
Onde:
-
é a constante dos gases (8,314 J/mol·K) -
é a temperatura absoluta (em Kelvin) -
é a constante de equilíbrio
Mas para usar essa relação, primeiro precisamos calcular
usando as entalpias padrão de formação. A equação geral para isso é:
Assumindo que temos os valores de
para cada substância do Apêndice 2, substituímos esses valores na equação para encontrar
.
Passo 4
Parte c: Calcular o valor de
para este equilíbrio
Com o valor de
encontrado na parte b, podemos rearranjar a equação para encontrar
:
Substituímos os valores de
,
e
na equação para calcular a constante de equilíbrio
.
Passo 5
Parte d: Determinar a direção do deslocamento do equilíbrio
Quando fechamos um sistema com 1,00 bar de
e 1,00 bar de
na presença de um pouco de
líquido, precisamos analisar o efeito das mudanças nas concentrações sobre o equilíbrio.
Usamos o princípio de Le Chatelier, que nos diz que se perturbamos um sistema em equilíbrio, ele se ajusta para minimizar essa perturbação. Se adicionarmos mais reagentes, o equilíbrio tende a formar mais produtos, e vice-versa.
Como temos
já presente, adicionando
e
, o sistema provavelmente vai deslocar o equilíbrio para a formação de mais
, isto é, para a direita.
Resposta
a) A expressão para a constante de equilíbrio
é:
b) O valor de
para o equilíbrio foi calculado utilizando as entalpias padrão de formação:
c) A constante de equilíbrio
foi calculada usando a relação:
d) O equilíbrio irá se deslocar para a direita, formando mais
.
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,
e
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