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Enunciado

Química - Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente - 5ª Edição - Peter Atkins, Loretta Jones e Leroy Laverman- Ed: 5º - Capítulo 10.1 - Ex. 115

A reação N 2 O 4 ⇌ 2   N O 2 atinge o equilíbrio em uma solução de clorofórmio, em 25º C, quando as concentrações são 0,405   m o l ⋅ L - 1 em N 2 O 4 e 2,13   m o l ⋅ L - 1 em N O 2 . (a) Calcule K   da reação. (b) Uma quantidade extra de 1,00 mol de N O 2 é adicionada a 1,00   L da mistura e deixa-se que o sistema atinja o equilíbrio novamente, na mesma temperatura. Use o princípio de Le Chatelier para prever a direção da mudança (aumento, diminuição ou nenhuma mudança) para N 2 O 4 , N O 2 e K c após a adição de N O 2 . (c) Calcule as concentrações finais de equilíbrio após a adição de N O 2 e confirme se suas previsões na parte (b) foram válidas. Se elas não estiverem de acordo, reveja seus procedimentos e repita-os, se necessário.

Passo 1

  1. Escrevendo a reação:

    2. r e a ç ã o   N 2 O 4 ⇌ 2   N O 2     ; K c = N O 2 2 [ N 2 O 4 ]

    Substituindo as concentrações dadas no enunciado, 0,405   m o l ⋅ L - 1 e 2,13   m o l ⋅ L - 1 para [ N 2 O 4 ] e N 2 O 4 :

    K c = 2,13 2 0,405 = 11,20

    Passo 2

    Sabemos que a expressão que relaciona K e K c é:

    K = c 0 R T P 0 Δ n r  

    Onde:

    c 0 : c o n c e n t r a ç ã o   p a d r ã o   1   m o l ⋅ L - 1 P 0 : p r e s s ã o   p a d r ã o   1   b a r R : c o n s t a n t e   d o s   g a s e s   ( 8,314   J ⋅ m o l - 1 K - 1 T : t e m p e r a t u r a Δ n r : m u d a n ç a   n o   n ú m e r o   d e   m o l s   d e   g á s   i n d o   d o s   r e a g e n t e s   p a r a   o s   p r o d u t o s

    Passo 3

    Para a reação em questão:

    Δ n r = 2 - 1 = 1   m o l

    Substituindo os dados na equação:

    K = c 0 R T P 0 Δ n r K c K = 1 × 0,0821 × 298 1   b a r × 10 5 P a 1   b a r × 1   a t m 101325 1 × 11,2 K = 2,776 × 10 2

    Passo 4

  2. De acordo com o princípio de Le Chatelier, esta mudança desloca o equilíbrio em direção a formação de reagentes, consumindo produtos. O princípio diz que se um sistema em equilíbrio é perturbardo, o sistema reagirá em direção contrária a essa perturbação. Portanto, a quantidade de N 2 O 4 no equilíbrio aumenta e a de N O 2 diminui após a adição de N O 2 .

    3. O valor de K c é constante para a reação. A adição de N O 2 diminuirá o valoe do quociente reacional Q , mas não terá qualquer efeito sobre K c

    Passo 5

  3. Escrevendo a tabela do equilíbrio para as condições dadas no enunciado:

K c = N O 2 2 N 2 O 4 K c = 3,13 - 2 x 2 0,405 + x = 11,20 4 x 2 - 23,722 x + 5,26 = 0 x 1 = 5,69   m o l ⋅ L - 1   ( s o l u ç ã o   i m p o s s í v e l ) x 2 = 0,23   m o l ⋅ L - 1

Passo 2

Agora podemos calcular as concentrações do reagente e do produto:

N O 2 = 3,13 - 2 × x = 3,13 - 2 × 0,23 = 2,67   m o l ⋅ L - 1

N 2 O 4 = 0,405 + x = 0,405 + 0,23 = 0,636   m o l ⋅ L - 1

Resposta

a )   K = 2,776 × 10 2 b ) K c   n ã o   é   a l t e r a d o c )   N O 2 = 2,67   m o l ⋅ L - 1   e   N 2 O 4 = 0,636   m o l ⋅ L - 1  

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