7- O ácido fórmico ( HCOOH ) decompõe-se na fase gasosa a temperaturas elevadas como a seguir:
Passo 1
O enunciado só deu a reação de decomposição:
Não há nenhuma pergunta explícita no enunciado nem foram fornecidos dados numéricos (como temperatura, pressões iniciais, concentrações, tempo, constante de equilíbrio ou constante de velocidade). Portanto, o enunciado NÃO pede nada de forma explícita — está incompleto para que eu possa calcular um valor numérico.
Informações que o enunciado entregou e que são relevantes:
Informações que o enunciado entregou e que são relevantes:
- A equação química balanceada da reação gasosa:
. - Da estequiometria vemos que, quando 1 mol de
reage, formam-se 1 mol de e 1 mol de .
Passo 2
O que normalmente podem pedir num exercício sobre essa reação (lista do que pode ser perguntado):
- Calcular a constante de equilíbrio em termos de pressões parciais
ou de concentrações . - Determinar as pressões parciais ou frações molares no equilíbrio, dado um valor inicial e a temperatura.
- Converter entre
e . - Calcular a extensão/reação
ou a fração reagida. - Analisar cinética: determinar a ordem da reação, constante de velocidade
, ou tempo necessário para uma certa conversão (por exemplo, se for reação de primeira ordem).
Como o enunciado não diz qual dessas perguntas é a que se deseja, não dá para escolher um único cálculo numérico. A seguir eu ensino passo a passo como resolver cada tipo de pergunta — assim, na prova você só precisa encaixar os dados que aparecerem e aplicar estes passos.
Passo 3
Como montar a resolução se a pergunta for de equilíbrio (achar pressões no equilíbrio ou
):
- Conceito básico: para gases ideais, usamos pressões parciais. A expressão de equilíbrio em termos de pressão para a reação
é
Expliquei:
é a pressão parcial do gás
.
é adimensional (ou tem unidades canceladas dependendo de convenção), e representa o produto das pressões parciais dos produtos dividido pela pressão parcial do reagente, todas na unidade consistente (por ex. atm).
2) Usar uma tabela ICE (Initial, Change, Equilibrium) em pressões parciais — método padrão. Suponha que a pressão inicial de seja
e que no início não haja
nem
. Então escrevemos:
2) Usar uma tabela ICE (Initial, Change, Equilibrium) em pressões parciais — método padrão. Suponha que a pressão inicial de
- Inicial:
- Variação: ao reagir uma quantidade que corresponde a
(pressão) temos - Equilíbrio: inserir esses valores em
:
- Resolver para
em função de e . Multiplicando:
Reorganizando:
Isto é uma equação quadrática em
. A solução positiva (a que tem sentido físico,
e
) é
Explicação: escolhemos o sinal
dentro da raiz e o sinal que torna
positivo. Depois de achar
, as pressões de equilíbrio são
Passo 4
Como converter entre
e
(se pedirem
ou se te derem
e pedirem
):
- Fórmula geral:
onde:
-
é a constante dos gases ideais. Um valor comum é (use a unidade compatível com pressões em atm e volumes em L). -
é a temperatura em kelvin. -
é a variação do número de mols gasosos (produtos menos reagentes). Para a nossa reação, produtos têm mols gasosos e reagente tem , logo
Portanto, para esta reação:
Explicação concreta: se te derem
e a temperatura, multiplica por
para obter
. Se te derem
e pedirem
, divide por
.
Passo 5
Se a pergunta for de cinética (por exemplo: determinar constante de velocidade ou tempo para certa conversão):
- Para decomposição unimolecular simples costuma-se assumir lei de velocidade de primeira ordem (muito comum em decomposições gasosas simples), isto é:
onde
é a constante de velocidade (unidades
se
em segundos). Explicação: primeira ordem significa que a velocidade é proporcional à concentração do reagente.
2) A forma integrada da lei de primeira ordem é
2) A forma integrada da lei de primeira ordem é
ou equivalentemente
Isto serve para achar
se souberes a fração que resta após um tempo
, ou para achar
se souber
.
3) Meia-vida (tempo para metade reagir) para primeira ordem:
3) Meia-vida (tempo para metade reagir) para primeira ordem:
- Relação com pressões: para gases ideais, concentração molar
e pressão parcial são proporcionais (pela lei dos gases), então podes usar pressões em lugar de concentrações na equação integrada, porque .
Passo 6
Resumo prático do que fazer na prova, dependendo dos dados:
- Se te derem
(pressão inicial de ) e (àquela temperatura), usar a tabela ICE e a fórmula do Passo 3 para achar e então as pressões de equilíbrio. - Se te derem
e a temperatura , usar a fórmula do Passo 4 para obter antes de usar a fórmula do Passo 3 (pois aqui). - Se te derem dados temporais (pressão ou concentração em dois instantes), testar ajuste por primeira ordem usando o Passo 5; calcular
com a equação integrada. - Sempre verificar unidades (usar
consistente com as unidades de pressão e volume) e converter temperatura para kelvin: .
Passo 7
O enunciado está incompleto, então explico exatamente o que PRECISO que venha na questão para fazer um cálculo numérico direto:
- Se for problema de equilíbrio: preciso de pelo menos dois itens entre
e da temperatura se te derem em vez de . - Se for problema de cinética: preciso de dados de concentração/pressão em função do tempo (por exemplo
e em tempo ), ou do valor de e um tempo/fracção pedido. - Se for pedido porcentagem de decomposição, preciso da pressão inicial (ou concentração inicial) e de
(ou dados de equilíbrio).
Sem essas informações numéricas, não é possível obter um valor final.
Resposta
Não é possível calcular um resultado numérico porque o enunciado está incompleto; faltam dados como, por exemplo,
(pressão ou concentração inicial),
ou
, temperatura
(se for necessária para converter
), ou dados tempo-versus-concentração (se o problema for de cinética).