Exercícios: Equilíbrio dinâmico, K e Q

Em um reator fechado introduz-se carbonato de cálcio sólido, estabelecendo-se a $1073\text{ K}$ o equilíbrio heterogêneo: $\mathrm{CaCO_3(s) \rightleftharpoons CaO(s) + CO_2(g)}$.

1. a) Escreva as expressões das constantes de equilíbrio $K_c$ e $K_p$ para esta reação, justificando de forma fundamentada por que as espécies sólidas puras não são incluídas.
2. b) Explique o significado físico de «equilíbrio dinâmico» em contraposição a um equilíbrio estático, indicando se, ao atingir esse estado, a decomposição do $\mathrm{CaCO_3(s)}$ se interrompe. Suponha que as duas fases sólidas puras permaneçam presentes.

Para a síntese da amônia segundo a equação $\mathrm{N_2(g) + 3\,H_2(g) \rightleftharpoons 2\,NH_3(g)}$, o valor da constante de equilíbrio $K_{c,1}$ a $673\text{ K}$ é igual a $0{,}50$.

1. a) Determine o valor da constante de equilíbrio $K_{c,2}$ a essa mesma temperatura para a reação inversa: $2\,\mathrm{NH_3(g) \rightleftharpoons N_2(g) + 3\,H_2(g)}$.
2. b) Calcule o valor da constante $K_{c,3}$ a $673\text{ K}$ correspondente à decomposição de um mol de amônia: $\mathrm{NH_3(g) \rightleftharpoons \frac{1}{2}\,N_2(g) + \frac{3}{2}\,H_2(g)}$. Nos cálculos, utilize o modelo ideal e os valores didáticos fornecidos.

Em um balão fechado de $2{,}00\text{ L}$ de capacidade, a uma temperatura fixa de $700\text{ K}$, introduz-se uma mistura gasosa composta por $0{,}40\text{ mol}$ de $\mathrm{H_2(g)}$, $0{,}20\text{ mol}$ de $\mathrm{I_2(g)}$ e $0{,}80\text{ mol}$ de $\mathrm{HI(g)}$. A constante de equilíbrio a essa temperatura para o processo $\mathrm{H_2(g) + I_2(g) \rightleftharpoons 2\,HI(g)}$ é $K_c = 54{,}0$.

1. a) Calcule o quociente de reação inicial $Q_c$.
2. b) Deduza, com justificativa, se o sistema se encontra em equilíbrio e, em caso negativo, em que sentido evoluirá espontaneamente para atingi-lo. Nos cálculos, utilize o modelo ideal e os valores didáticos fornecidos.

A uma temperatura de $500\text{ K}$, a constante de equilíbrio para a síntese de trióxido de enxofre segundo a equação $\mathrm{2\,SO_2(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2\,SO_3(g)}$ vale $K_c = 400$.

Dado: constante dos gases $R = 0{,}082\text{ atm}\cdot\text{L}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$.

1. a) Deduza a relação matemática geral entre $K_p$ e $K_c$ para uma mistura de gases ideais e calcule o valor numérico de $K_p$ para esta reação a $500\text{ K}$.
2. b) Se, em um balão fechado a essa temperatura, as pressões parciais no equilíbrio são $p_{\mathrm{SO_2}} = 0{,}10\text{ atm}$ e $p_{\mathrm{O_2}} = 0{,}20\text{ atm}$, calcule a pressão parcial de $\mathrm{SO_3}$ no equilíbrio e a pressão total da mistura. Nos cálculos, utilize o modelo ideal e os valores didáticos fornecidos.

Em um balão de $5{,}00\text{ L}$ previamente evacuado misturam-se $1{,}50\text{ mol}$ de monóxido de carbono, $\mathrm{CO(g)}$, e $1{,}50\text{ mol}$ de vapor de água, $\mathrm{H_2O(g)}$, a uma temperatura constante de $900\text{ K}$, ocorrendo a reação:

$\mathrm{CO(g) + H_2O(g) \rightleftharpoons CO_2(g) + H_2(g)}$, cuja constante é $K_c = 4{,}00$.

1. a) Construa uma tabela com as quantidades de substância iniciais, a variação experimentada e as quantidades no equilíbrio expressas em mols.
2. b) Determine a concentração molar de cada uma das espécies no equilíbrio e calcule a fração molar de dióxido de carbono na fase gasosa. Nos cálculos, utilize o modelo ideal e os valores didáticos fornecidos.

Você pode fazê-lo no papel e enviar uma foto com sua resposta.