Exercícios: Constante de equilíbrio, pH e deslocamento de equilíbrio

Escreva a expressão da constante de equilíbrio $K_c$ para a reação $\text{N}_2(g) + 3\,\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\,\text{NH}_3(g)$. Em seguida, explique o que significa dizer que o sistema está em equilíbrio químico dinâmico.

Uma solução aquosa tem concentração de íons $\text{H}^+$ igual a $1 \times 10^{-4}\ \text{mol/L}$. Calcule o pH dessa solução e classifique-a como ácida, neutra ou básica.

Considere o equilíbrio $\text{N}_2\text{O}_4(g) \rightleftharpoons 2\,\text{NO}_2(g)$. Segundo o princípio de Le Chatelier, para onde o equilíbrio se desloca se aumentarmos a concentração de $\text{N}_2\text{O}_4$? Justifique em uma ou duas frases.

Em um recipiente de $2\ \text{L}$, a reação $\text{H}_2(g) + \text{I}_2(g) \rightleftharpoons 2\,\text{HI}(g)$ atingiu o equilíbrio com $0{,}20\ \text{mol}$ de $\text{H}_2$, $0{,}20\ \text{mol}$ de $\text{I}_2$ e $1{,}20\ \text{mol}$ de $\text{HI}$.

1. a) Calcule as concentrações em mol/L de cada substância.
2. b) Calcule o valor de $K_c$.

A $25\ °\text{C}$, o produto iônico da água é $K_w = [\text{H}^+][\text{OH}^-] = 1 \times 10^{-14}$. Uma solução de hidróxido de sódio tem $[\text{OH}^-] = 1 \times 10^{-3}\ \text{mol/L}$.

1. a) Calcule $[\text{H}^+]$.
2. b) Calcule o pH e o pOH da solução.
3. c) Compare essa solução com uma de pH $= 5$: quantas vezes a concentração de $\text{H}^+$ é maior ou menor?

Na síntese da amônia, $\text{N}_2(g) + 3\,\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\,\text{NH}_3(g)$, a reação direta é exotérmica ($\Delta H < 0$). Indique, justificando, o sentido do deslocamento do equilíbrio em cada caso:

1. a) aumento da pressão total do sistema, por redução do volume;
2. b) aumento da temperatura;
3. c) remoção contínua de $\text{NH}_3$ do reator;
4. d) adição de um catalisador.

Em um recipiente de $1\ \text{L}$, foram colocados $1{,}0\ \text{mol}$ de $\text{A}$ e $1{,}0\ \text{mol}$ de $\text{B}$, que reagem segundo $\text{A}(g) + \text{B}(g) \rightleftharpoons \text{C}(g) + \text{D}(g)$. No equilíbrio, a uma certa temperatura, havia $0{,}40\ \text{mol}$ de $\text{C}$.

1. a) Monte a tabela de quantidades iniciais, variação e equilíbrio para as quatro substâncias.
2. b) Calcule $K_c$.
3. c) Se, nessa mesma temperatura, fossem colocados inicialmente apenas $1{,}0\ \text{mol}$ de $\text{C}$ e $1{,}0\ \text{mol}$ de $\text{D}$ no mesmo recipiente, o que você espera para as quantidades de equilíbrio? Argumente sem refazer todos os cálculos.

O ácido acético ($\text{CH}_3\text{COOH}$), presente no vinagre, ioniza-se parcialmente em água: $\text{CH}_3\text{COOH} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{CH}_3\text{COO}^-$. Em uma solução $0{,}10\ \text{mol/L}$ desse ácido, a $25\ °\text{C}$, o grau de ionização é de $1{,}0\%$.

1. a) Calcule $[\text{H}^+]$ e o pH da solução.
2. b) Calcule a constante de ionização $K_a$ do ácido, nessas condições.
3. c) Explique o que acontece com o pH e com o grau de ionização quando se adiciona acetato de sódio sólido (sal que fornece $\text{CH}_3\text{COO}^-$) a essa solução, relacionando sua resposta ao princípio de Le Chatelier.