Disciplina: Físico-Química I Curso: Licenciatura em Química Prof.: João Carlos Assunto: Equilíbrio Químico
4ª LISTA DE EXERCÍCIOS
1. Considerando a reação A → 2B, e o número de mols inicial de A igual a 1,5, quais serão os números de mols de A e B quando a reação avançar 0,6 mols? R. 0,9 mol ; 1,2 mol 2. Quando a reação A → 2B avança 0,10 mol a energia de Gibbs de reação varia de – 6,4 kJ/mol. Qual é a energia de Gibbs de reação neste estágio da reação? R. – 0,64 kJ 3. Considere que a dissociação de átomos de potássio no estado gasoso forme dímeros de acordo com a relação dada a seguir: 2K(g) K2(g). Suponha que exista inicialmente 2 mols de K(g) e nenhum mol do dímero. Deduza uma expressão para K p(T) em função do ξ e, o avanço da reação - ξ no equilíbrio em uma pressão P. R. KP(T)=2ξ ξ ξ2 /(4-8ξ ξ+ ξ ξ2 )P 4. A reação de decomposição do N 2O4(g) a 298,15 K é representada pela equação química: N2O4(g) 2NO2(g). Supondo que se inicie esta reação com 1 mol de N 2O4(g) e zero mol de NO2(g) e sabendo que o ∆G f º N2O4=97,787 kJ/mol e o ∆G f º NO2=51,258 kJ/mol, responda: a. Demonstre que a dependência da energia de Gibbs do sistema com o avanço da reação ( ξ) é dado pela equação seguinte: G(ξ )=(1)=(1-ξ )∆G f º N2O4+2ξ ∆G f º NO2+(1-ξ )RTln(1)RTln(1-ξ )/(1+ )/(1+ξ )+2 )+2ξ RTln2ξ /(1+ξ ) b. Determine graficamente o valor do avanço da reação no equilíbrio ( ξe).
c. Determine o valor da constante de equilíbrio K p(T). R. 0,1484
5. Para a reação N 2O4(g) 2NO2(g), calcular K p, K x e K c a 298 K e 1 atm a partir dos dados ∆G f ° encontrados em tabelas da literatura. Em que pressão o N 2O4 estará 50% dissociado a 298 K? R. -3 K P=0,1483; K X =0,1483; K C=6,06x10 ; P=0,111 atm 6. Para o ozônio a 25ºC, ∆G f °=163,2 kJ/mol. -58 a. Calcule a constante de equilíbrio, K p, para a reação a 25ºC. R. 6,57x10 3O2(g) 2O3(g) b. Admitindo que o avanço no equilíbrio ( ξ e) seja menor que a unidade, mostre que ξ e=(3/2)√ p.Kp. (Considere o número inicial de mols de O 2 como sendo três e de O 3 como sendo zero). -57 -56 c. Calcule K x, a 5 atm, e K c. R. K X =3,29x10 ; K C=1,61x10 7. Seja a reação SO2(g) + 1/2O2(g) SO3(g) para a qual K =6,55 a 900 K e K =1,86 a 1000 K. Calcular o calor de reação médio entre estas temperaturas. R. – 94,205 kJ/mol 8. A partir da reação H 2(g) + I2(g) 2HI(g) e sabendo que os valores de K C a 448ºC e 350ºC são 50,0 e 66,9, respectivamente, calcular o calor de reação. R. – 11,101 kJ/mol 9. A 25ºC, para reação N 2O4(g) 2NO2(g), ∆Gº=1380 cal. Determine o grau de dissociação do N2O4(g), nesta temperatura, quando a pressão total for de 10 atm. R. 0,048 10. Considerando a reação FeO(s) + CO(g) t/ºC K p a. Calcular ∆ H º,
J/mol
∆Gº
e
∆S º
Fe(s)
+ CO2(g) para qual tem-se:
600 0,900
para a reação a 600 ºC.
1000 0,396
R. -19,0 kJ/mol; 0,765 kJ/mol; -22,64
b. Calcular a fração molar do CO 2 na fase gasosa, a 600 ºC.
R. 0,474
11. Calcular a constante de equilíbrio, a 25ºC, da reação do gás d’água CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g) Dados: CO2(g) H2(g) CO(g) -393,51 0,00 -110,53 ∆ H f º (kJ/mol) S mº (J/K.mol) 213,74 130,65 197,67
R. KP=9,76x10-6
H2O(g) -241,82 188,83
12. Verificar qual a tendência da água oxigenada em decompor-se em água e oxigênio, a 25ºC e pressão de 1 atm, segundo a reação H 2O2(l) H2O(l) + 1/2O2(g) H2O2(l) H2O(l) O2(g) -187,78 -285,83 0,00 ∆ H f º (kJ/mol) S mº (J/K.mol) 109,60 69,91 205,14 13. Em um frasco de 10 litros de capacidade, previamente esvaziado, admitem-se 80 g de pentacloreto de fósforo. Este sistema, aquecido a 300 ºC, resultará em mistura gasosa, mediante
a seguinte dissociação: PCl 5(g) PCl3(g) + Cl2(g). Sabendo que o equilíbrio será alcançado quando a pressão no recipiente atingir 2,95 bar e admitindo como constante o volume do recipiente, determinar a constante de equilíbrio K p da reação de dissociação do PCl 5. R. 1,77 14. A energia de Gibbs padrão de formação de NH 3(g) é -16,5 kJ/mol, a 298 K. Qual é a energia de Gibbs da reação quando as pressões parciais do N 2, H2 e do NH3 (considerados gases ideais) são 3 bar, 1 bar e 4 bar, respectivamente? Qual o sentido espontâneo da reação nesse caso? R. -15,79
kJ/mol
15. A constante de equilíbrio para a isomerização do cis-buteno para trans-buteno é de 2,07 a 400 K. Calcule a energia livre padrão da reação. R. -2,42 kJ/mol 16. A energia de livre padrão de isomerização do cis-2-penteno para trans-2-penteno é de -3,67 kJ/mol a 127 ºC. Determine a constante de equilíbrio da reação. R. 3,01 17. Para as seguintes reações: a. HCl(g) + NH3(g) NH4Cl(s) b. Fe(s) + H2S(g) FeS(s) + H2(g) c. FeS2(g) + 2H2(g) Fe(s) + 2H2S(g) Responda: (a) Quais são espontâneas? (b) Qual equilíbrio é favorecido por um aumento de temperatura a pressão constante. 18. A propanona (acetona), composto químico muito utilizado na indústria de cosméticos, é obtida pela reação de desidrogenação do isopropanol usando um catalisador a base de cobre. A reação balanceada está mostrada a seguir: CH 3CH(OH)CH3(g) CH3COCH3(g) + H2(g) A dependência experimental da constante de equilíbrio com a temperatura é mostrada pelo gráfico abaixo.
A partir destes resultados experimentais, determine: a. ∆ Hrº , ∆Srº e ∆Grº para esta reação. b. O valor de K na temperatura de 440 K c. Na temperatura de 440 K os três compostos são misturados em quantidades equimolares resultando numa condição de pressão total igual a 3 bar. Avalie qual a direção espontânea da reação nestas condições experimentais.
19. A reação Fe2N(s) + 3/2H2(g) 2Fe(s) + NH3(g) alcança o equilíbrio a uma pressão total de 1 bar. A análise da mistura gasosa mostra que a 700 K e 800 K, P NH3 /PH2=2,165 e 1,083, respectivamente. Se só existe H 2 inicialmente com excesso de Fe 2N, calcule Kp a 700 K e 800 K. R. 3,80; 1,56
20. Para a decomposição térmica do ciclobutano a 500 K, C 4H8(g) 2C2H4(g), ∆Gº500K= - 9,0 kJ/mol. Estimar a fração molar de C 4H8(g) e C2H4(g) no equilíbrio da mistura a 500 K e a pressão total de 5 bar. R. 0,29; 0,71
Unidades de Conversão 2
3
-1
1 Pa=1 N/m =1 J/m = 1 Kg.m .s 5 1 atm=1,01325x10 Pa 1 atm= 760 torr 3 3 -3 3 1 L=1 dm =1000 cm = 10 m 5 1 atm.L=101,328 J= 10 Pa T(K)=t(ºC) + 273,15
-2
R (constante dos gases ideais) -1
-1
8,31451 J.K .mol -1 -1 0,0820578 atm.L.K .mol -1 -1 1,98722 cal.K .mol -1 -1 62,364 torr.L.K .mol 3 -1 -1 8,31451 Pa.m .K .mol -1 -1 0,0831451 bar.L.K .mol
