Exercícios Resolvidos: Equilíbrio Químico

Leia o resumo “O que podemos dizer sobre Equilíbrio Químico?“ e resolva os exercícios abaixo.

1. (UFPB) No mundo atual, são produzidas milhões de toneladas de compostos nitrogenados, entre os quais os fertilizantes são os mais importantes pelo papel que desempenham na produção de alimentos. Esses adubos agrícolas nitrogenados são fabricados a partir da amônia, que é produzida industrialmente através da síntese de Haber-Bosch, descrita pela seguinte equação:

N₂(g) + 3 H₂(g)  NH₃(g) ∆H = -113 kJ/mol

Considerando a equação e a condição de equilíbrio do sistema, é correto afirmar que o rendimento da produção de amônia:

a) diminui com a remoção de NH₃.

b) aumenta com a elevação da temperatura.

c) aumenta com o aumento da concentração de H₂.

d) permanece inalterado com a diminuição da concentração de N₂.

e) permanece inalterado com a redução do volume do reator.

2. (Fuvest-SP) A reforma do gás natural com vapor de água é um processo industrial de produção de hidrogênio, em que também se gera monóxido de carbono. O hidrogênio, por sua vez, pode ser usado na síntese de amônia, na qual reage com nitrogênio. Tanto a reforma do gás natural quanto a síntese da amônia são reações de equilíbrio. Na figura, são dados os valores das constantes desses equilíbrios em função dos valores da temperatura. A curva de K₁ refere-se à reforma do gás natural e a de K₂, à síntese da amônia. As constantes de equilíbrio estão expressas em termos de pressões parciais, em atm.

a) Escreva a equação química balanceada que representa a reforma do principal componente do gás natural com vapor de água.

b) Considere um experimento a 450 °C, em que as pressões parciais de hidrogênio, monóxido de carbono, metano e água são, respectivamente, 0,30; 0,40; 1,00 e 9,00 atm. Nessas condições, o sistema está em equilíbrio químico? Justifique sua resposta por meio de cálculos e análise da figura.

c) A figura permite concluir que uma das reações é exotérmica e a outra, endotérmica. Qual é a reação exotérmica? Justifique sua resposta

3. (Fatec-SP) O gráfico ao lado mostra como varia a constante de equilíbrio (K_C) em função da temperatura para a reação de síntese da amônia.

A respeito dessa transformação química, as seguintes afirmações foram feitas:

I.A diminuição da temperatura aumenta o rendimento da reação.
II.A elevação da temperatura diminui a velocidade da reação.
III.A reação de síntese da amônia é exotérmica.
IV.A elevação da temperatura favorece o consumo de N₂ e H₂. Dessas afirmações, são corretas apenas:

a) I e II.

b) I e III.

c) III e IV.

d) II e III.

e) II e IV

Gabarito

1. C
Resolução passo-a-passo:

Segundo o Princípio de Le Châtelier, quando um sistema em equilíbrio é perturbado, ocorre o favorecimento do sentido do equilíbrio que permite compensar a modificação imposta. Assim, um aumento na concentração de H2 favorece o equilíbrio no sentido que permite o consumo desta espécie. Consequentemente, há um aumento no rendimento da produção de amônia.

2.
Resolução passo-a-passo:
a) O principal componente do gás natural é o metano, portanto, a equação química que representa a reforma do principal componente do gás natural com vapor de água é:
CH₄(g) + H₂O(g)  3 H₂(g) + CO(g)

b) Pela análise do gráfico, a constante de equilíbrio a 450 °C é K₁ = 1,2 . 10^-3 atm₂ . Com os dados fornecidos, pode-se calcular o quociente de equilíbrio:
Qc = [produtos] =     (p H₂ )³. p CO =   0,3³ . 0,4 = 1,2 . 10³ atm²
[reagentes]       p CH4 . p H₂O             1 . 9

Como Qc = K₁ , o sistema está em equilíbrio químico.

c) Pelo Princípio de Le Châtelier, a reação exotérmica é favorecida pela diminuição da temperatura. A análise do gráfico mostra que a constante cujo valor aumenta com a diminuição da temperatura é K₂, que se refere à síntese da amônia.

3. B
Resolução passo-a-passo:

I. Afirmativa correta. O gráfico mostra um aumento de Kc à medida que a temperatura diminui. Sendo a grandeza do valor numérico de Kc uma medida da extensão em que a reação ocorre até chegar ao estado de equilíbrio, quanto maior for o valor de Kc, maior o rendimento da reação.
II. Afirmativa incorreta. O aumento da temperatura aumenta a energia cinética das moléculas e, consequentemente, a probabilidade de colisões efetivas entre elas. Portanto, o aumento da temperatura aumenta a velocidade das reações.
III. Afirmativa correta. A diminuição da temperatura do sistema favorece o equilíbrio no sentido da reação exotérmica.
IV. Afirmativa incorreta. A elevação da temperatura do sistema favorece o equilíbrio no sentido da reação endotérmica.