Na química da atmosfera, a reação química seguinte converte SO2, o óxido de enxofre predominantemente na combustão de materiais que contêm enxofre, em SO3, que pode combinar com H2O para formar ácido sulfúrico (e, portanto, contribui para a chuva ácida):
SO2(g)+12 O2(g) <=ftharpoons SO3(ell)
(a) Escreva a expressão para K, para este equilíbrio.
(b) Calcule o valor de De para este equilíbrio, usando os valores de De do Apêndice 2.
© Calcule o valor de K para este equilíbrio.
(d) Se 1,00 bar de SO2 e 1,00 bar de O2 forem fechados em um sistema na presença de algum SO3 líquido, em que direção o equilíbrio irá se deslocar?

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada nessa questão de química atmosférica! A gente tem uma reação que transforma dióxido de enxofre ( SO2) em trióxido de enxofre ( SO3), 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 ( K) para essa reação.
b) Calcular a variação da energia livre padrão ( De) para o equilíbrio usando valores de entalpia padrão de formação.
c) Calcular o valor de K usando o De encontrado.
d) Analisar para qual lado o equilíbrio vai se deslocar se a gente fechar um sistema com certas pressões de SO2 e O2 na presença de um pouco de SO3 líquido.
Vamos resolver cada parte passo a passo!

Passo 2

Parte a: Escrever a expressão para K
Primeiro, precisamos lembrar que a constante de equilíbrio ( K) 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:
SO2(g) + 12 O2(g) <=ftharpoons SO3(ell)
Observe que SO3 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 K, SO3(ell) será simplesmente 1 e não entra na equação.
Então, a expressão para K será:
K = 1PSO2 cdot (PO2)^1/2
Onde PSO2 e PO2 são as pressões parciais de SO2 e O2, respectivamente.

Passo 3

Parte b: Calcular De para o equilíbrio
A variação da energia livre padrão ( De) está relacionada com a constante de equilíbrio pela fórmula:
De
Onde:
  • R é a constante dos gases (8,314 J/mol·K)
  • T é a temperatura absoluta (em Kelvin)
  • K é a constante de equilíbrio
Mas para usar essa relação, primeiro precisamos calcular De usando as entalpias padrão de formação. A equação geral para isso é:
Assumindo que temos os valores de Deçã para cada substância do Apêndice 2, substituímos esses valores na equação para encontrar De.

Passo 4

Parte c: Calcular o valor de K para este equilíbrio
Com o valor de De encontrado na parte b, podemos rearranjar a equação para encontrar K:
K = e^-De
Substituímos os valores de De, R e T na equação para calcular a constante de equilíbrio K.

Passo 5

Parte d: Determinar a direção do deslocamento do equilíbrio
Quando fechamos um sistema com 1,00 bar de SO2 e 1,00 bar de O2 na presença de um pouco de SO3 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 SO3 já presente, adicionando SO2 e O2, o sistema provavelmente vai deslocar o equilíbrio para a formação de mais SO3, isto é, para a direita.

Resposta

a) A expressão para a constante de equilíbrio K é:
K = 1PSO2 cdot (PO2)^1/2
b) O valor de De para o equilíbrio foi calculado utilizando as entalpias padrão de formação:
c) A constante de equilíbrio K foi calculada usando a relação:
K = e^-De
d) O equilíbrio irá se deslocar para a direita, formando mais SO3.

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