Seja a reação de corrosão 2 Fe(s)+O2(g)+4 H^+ <=ftharpoons 2 Fe^2++2 H2 O, calcule: A constante de equilíbrio esperada para essa reação em condições normais.

Passo 1

Primeiro, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos uma reação de corrosão:
2 Fe(s) + O2(g) + 4 H^+ <=ftharpoons 2 Fe^2+ + 2 H2O
O conteúdo aqui envolve equilíbrio químico e potenciais padrão de redução. Precisamos calcular a constante de equilíbrio ( Keq) para essa reação em condições normais. Para isso, vamos precisar das potenciais padrão de redução das semi-reações envolvidas.

Passo 2

Vamos dividir a reação completa em duas semi-reações: uma de oxidação e outra de redução. Primeiro, a oxidação do ferro:
Fe(s) Fe^2+ + 2 e^-
E a redução do oxigênio:
O2(g) + 4 H^+ + 4 e^- 2 H2O

Passo 3

Agora, precisamos das potenciais padrão de redução para cada semi-reação. Essas informações geralmente são encontradas em tabelas de potenciais eletroquímicos.
  • Para a redução do oxigênio:
O2(g) + 4 H^+ + 4 e^- 2 H2O; E^circ = +1,23, V
  • Para a redução do Fe^2+:
Fe^2+ + 2 e^- Fe(s); E^circ = -0,44, V

Passo 4

Como a reação completa envolve a oxidação do ferro e a redução do oxigênio, calculamos o potencial da célula eletroquímica padrão ( E^circcélulaé) usando:
E^circcélula = E^circcátodo - E^circânodoéáâ
Aqui, o cátodo é a redução do oxigênio e o ânodo é a oxidação do ferro. Substituindo:
E^circcélula = (+1,23, V) - (-0,44, V) = +1,67, Vé

Passo 5

Para relacionar o potencial da célula com a constante de equilíbrio ( Keq), usamos a equação de Gibbs:
Deé
Onde:
  • n = número de mols de elétrons transferidos = 4
  • F = constante de Faraday = 96485, C/mol
  • R = constante universal dos gases = 8,314, J/(mol cdot K)
  • T = temperatura em Kelvin = 298, K (condições normais)
Rearranjando a equação para encontrar Keq:
ln Keq = n F E^circcélulaR Té

Passo 6

Substituindo os valores na equação:
ln Keq = 4 times 96485, C/mol times 1,67, V8,314, J/(mol cdot K) times 298, K
Note que 1, V = 1, J/C, então as unidades se cancelam adequadamente.
Calculando:
ln Keq approx 4 times 96485 times 1,678,314 times 298 approx 6444602477 approx 260.5

Passo 7

Para encontrar Keq, basta calcular a exponencial de 260.5:
Keq = e^260.5 approx 10^113

Resposta

A constante de equilíbrio para a reação em condições normais é aproximadamente Keq = 10^113.

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