Cálculo de Kc e de concentrações de equilíbrio
Na aula laboratorial, a turma da Leonor deixou um sistema fechado a evoluir até as cores deixarem de mudar e mediu as concentrações. Com três números numa tabela, consegue-se calcular uma constante que caracteriza a reação a essa temperatura. E, conhecida essa constante, também se descobre um valor que ficou por medir. Como se faz?
Calcular Kc a partir das concentrações
No equilíbrio, as concentrações deixam de variar. Para uma reação $a\,\text{A} + b\,\text{B} \rightleftharpoons c\,\text{C} + d\,\text{D}$, em sistema homogéneo, a constante de equilíbrio é:
Porquê esta forma? A constante compara «quanto há de produtos» com «quanto há de reagentes» quando o sistema deixa de evoluir. Por isso o valor só depende da temperatura, e não das quantidades iniciais.
Num recipiente fechado, a certa temperatura, o equilíbrio $\text{N}2\text{O}4\ \text{(g)} \rightleftharpoons 2\ \text{NO}2\ \text{(g)}$ atingiu as concentrações…
Num recipiente fechado, a certa temperatura, o equilíbrio $\text{N}_2\text{O}_4\ \text{(g)} \rightleftharpoons 2\ \text{NO}_2\ \text{(g)}$ atingiu as concentrações $[\text{N}_2\text{O}_4] = 0,040\ \text{mol/dm}^3$ e $[\text{NO}_2] = 0,020\ \text{mol/dm}^3$.
- a) Escreve a expressão de $K_c$ para este equilíbrio.
- b) Calcula o valor de $K_c$ a essa temperatura.
Concentrações a partir de quantidades de matéria
Por vezes dão-te a quantidade de matéria $n$ e o volume $V$ do recipiente. A concentração obtém-se com
$$c = \frac{n}{V}$$com $n$ em mol e $V$ em dm³. Inversamente, $n = c\times V$.
No laboratório da escola, a turma da Leonor estudou o equilíbrio $\text{H}2\ \text{(g)} + \text{I}2\ \text{(g)} \rightleftharpoons 2\ \text{HI}\ \text{(g)}$ a…
No laboratório da escola, a turma da Leonor estudou o equilíbrio $\text{H}_2\ \text{(g)} + \text{I}_2\ \text{(g)} \rightleftharpoons 2\ \text{HI}\ \text{(g)}$ a $445\ ^{\circ}\text{C}$ e mediu as concentrações no equilíbrio:
| Espécie | H₂ | I₂ | HI |
|---|---|---|---|
| Concentração (mol/dm³) | 0,040 | 0,020 | 0,20 |
- a) Calcula o valor de $K_c$ a $445\ ^{\circ}\text{C}$.
- b) Se o recipiente tiver a capacidade de $2,0\ \text{dm}^3$, determina a quantidade de matéria de HI (em moles) presente no equilíbrio.
Usar Kc para encontrar uma concentração
Se conheces $K_c$ (à temperatura em causa) e todas as concentrações menos uma, a expressão de $K_c$ é uma equação com uma só incógnita. Isola-a e calcula.
Para o equilíbrio $\text{H}2 + \text{I}2 \rightleftharpoons 2\ \text{HI}$, $K_c = 50$ a certa temperatura. Numa mistura em equilíbrio mediram-se…
Para o equilíbrio $\text{H}_2 + \text{I}_2 \rightleftharpoons 2\ \text{HI}$, $K_c = 50$ a certa temperatura. Numa mistura em equilíbrio mediram-se $[\text{HI}] = 0,50\ \text{mol/dm}^3$ e $[\text{I}_2] = 0,020\ \text{mol/dm}^3$, mas a leitura da concentração de $\text{H}_2$ perdeu-se.
- a) Escreve a expressão de $K_c$ e reescreve-a de modo a isolar $[\text{H}_2]$.
- b) Calcula a concentração de $\text{H}_2$ na mistura em equilíbrio.
Misturas diferentes, o mesmo equilíbrio
A temperatura constante, $K_c$ é sempre o mesmo, mesmo que se partam de quantidades iniciais diferentes. Assim, dadas várias misturas em equilíbrio, calcula-se $K_c$ para cada uma. Se os valores coincidirem (dentro dos erros de medição), todas pertencem ao mesmo equilíbrio e à mesma temperatura. Um valor diferente indica que a mistura não está em equilíbrio ou que a temperatura é outra.
Para $2\ \text{NO}_2 \rightleftharpoons 2\ \text{NO} + \text{O}_2$:
$$K_c=\frac{[\text{NO}]^2[\text{O}_2]}{[\text{NO}_2]^2}$$A certa temperatura, prepararam-se cinco misturas, em recipientes fechados, das espécies $\text{NO}2$, $\text{NO}$ e $\text{O}2$, que participam no equilíbrio…
A certa temperatura, prepararam-se cinco misturas, em recipientes fechados, das espécies $\text{NO}_2$, $\text{NO}$ e $\text{O}_2$, que participam no equilíbrio $2\ \text{NO}_2\ \text{(g)} \rightleftharpoons 2\ \text{NO}\ \text{(g)} + \text{O}_2\ \text{(g)}$. Decorrido tempo suficiente, mediram-se as concentrações registadas na tabela.
| Mistura | [NO₂] (mol/dm³) | [NO] (mol/dm³) | [O₂] (mol/dm³) |
|---|---|---|---|
| 1 | 0,10 | 0,050 | 0,020 |
| 2 | 0,20 | 0,10 | 0,020 |
| 3 | 0,050 | 0,040 | 0,010 |
| 4 | 0,040 | 0,020 | 0,050 |
| 5 | 0,10 | 0,10 | 0,005 |
- a) Para cada mistura, calcula o valor da expressão $Q = \frac{[\text{NO}]^2 \cdot [\text{O}_2]}{[\text{NO}_2]^2}$ com as concentrações medidas.
- b) Indica, justificando, quais das misturas tinham já atingido o equilíbrio.
- c) Conclui qual é o valor de $K_c$ a essa temperatura.