36-(UFRN-RN) Um estudante, ao entrar no laboratório de Química de sua escola, depara-se com dois frascos de reagentes sobre a bancada. No rótulo de um, estava escrito: Ácido acético (
); no do outro, Etanol (
).
Ele também percebeu que, no quadro do laboratório, estavam escritas as informações seguintes:
- Reação:
- Volume total da solução: 1,0 litro
- Constante de Equilíbrio:
- Dados:
Reagentes
Produtos
Ácido
Acético
Etanol
Inicial
2 mol
3 mol
0
0
Equilíbrio
Com base na interpretação das informações disponíveis, atenda às seguintes solicitações:
a) escreva e balanceie a reação química que se processa usando-se as fórmulas estruturais planos;
b) calcule quantos mols de cada componente existem na mistura em equilíbrio.
| Reagentes | Produtos | |||||
|
Etanol |
|
|
|||
| Inicial | 2 mol | 3 mol | 0 | 0 | ||
| Equilíbrio |
|
|
|
|
||
a) escreva e balanceie a reação química que se processa usando-se as fórmulas estruturais planos;
b) calcule quantos mols de cada componente existem na mistura em equilíbrio.
Passo 1
O enunciado pede duas coisas:
a) escrever e balancear a reação química que ocorre, usando as fórmulas estruturais planas;
b) calcular quantos mols de cada componente existem na mistura em equilíbrio.
a) escrever e balancear a reação química que ocorre, usando as fórmulas estruturais planas;
b) calcular quantos mols de cada componente existem na mistura em equilíbrio.
Informações dadas (peguei estes dados da tabela e do enunciado):
- Reação genérica anotada no quadro: ácido acético + etanol
. - Volume total da solução:
litro. - Constante de equilíbrio:
. - Dados da tabela (valores iniciais e expressão em equilíbrio fornecidas na tabela do enunciado):
- Inicial: ácido acético =
mol; etanol = mol; ; . - Equilíbrio (na tabela): ácido acético =
; etanol = ; ; .
(Observe que estes são os números que aparecem na tabela do enunciado — vou tratar essa informação na resolução.)
- Inicial: ácido acético =
Passo 2
Identificação da reação real (aula rápida sobre o que acontece entre ácido acético e etanol).
Quando um ácido carboxílico (ácido acético) reage com um álcool (etanol) em presença de catalisador ácido, ocorre uma esterificação: forma-se um éster (no caso, acetato de etila, também chamado etanoato de etila ou etil acetato) e água. Essa reação é reversível e típica em química orgânica.
Fórmulas estruturais planas (apresentação didática):
- ácido acético:
(ou ); - etanol:
; - etil acetato (produto X):
; - água (produto Y):
.
A reação balanceada com essas fórmulas, em forma simples, é
Esta é uma reação com coeficientes estequiométricos
.
Passo 3
Comentário sobre a tabela do enunciado (o porquê de eu verificar os termos da tabela).
A tabela do enunciado mostra para o etanol a expressão de equilíbrio
. Para a reação que escrevemos (coeficientes
), se
for a quantidade (em mol) de produto formado, o consumo de cada reagente é
mol, portanto o etanol no equilíbrio deveria ser
, não
. Logo existe uma incompatibilidade entre o que a tabela parece mostrar e a estequiometria química conhecida. Como a reação entre ácido acético e etanol é a esterificação 1:1, vou corrigir a expressão do etanol para
e prosseguir com essa estequiometria (isto é consistente com a reação química e com a forma usual de tratar
como o avanço da reação).
Passo 4
Teoria do equilíbrio químico e como montar a expressão de
(aula prática).
Definição: para uma reação do tipo
a constante de equilíbrio em termos de concentração é
onde
é a concentração molar de
no equilíbrio.
No nosso caso (coeficientes
) a expressão simplifica para
Observação prática: como o volume total da solução é
L, a concentração em mol·L
de cada espécie é numericamente igual ao número de mols dessa espécie (porque
e
L). Assim posso usar diretamente os mols como concentrações.
Passo 5
Montagem da equação de equilíbrio com as quantidades em função de
.
Com a escolha de
como a quantidade (em mol) de produto formado, e usando a correção da tabela:
- ácido acético no equilíbrio:
mol; - etanol no equilíbrio:
mol; - produto
no equilíbrio: mol; - produto
no equilíbrio: mol.
Substituindo em
:
Sabendo que
, obtemos a equação:
Passo 6
Resolução algébrica da equação para encontrar
.
Multiplicando ambos os lados por
:
Calcule primeiro o produto:
Então
Passando tudo para um lado:
Reescrevendo em forma padrão:
Aplicando a fórmula de Bhaskara:
As raízes são
Logo
Passo 7
Escolha da solução fisicamente aceitável e verificação.
A solução
é impossível porque excede as quantidades iniciais (por exemplo, ácido acético inicial é
mol, não se pode consumir
mol). Portanto a solução física é
Calcule as quantidades no equilíbrio:
- ácido acético:
mol; - etanol:
mol; -
(etil acetato): mol; -
(água): mol.
Verificação rápida do
:
confirma-se.
Passo 8
Resumo final e encorajamento rápido.
Concluímos que a reação é a esterificação (ácido acético + etanol → etil acetato + água) e que, no equilíbrio, os mols estão como calculado. Parabéns por chegar até aqui — calma que com esse passo a passo você resolve questão parecida na prova!
Resposta
a)
b) ácido acético:
mol
etanol: mol
(etil acetato):
mol
(água):
mol
etanol: