O cloreto de nitrosila, NOCl, pode ser obtido como representado na equação abaixo.
Um recipiente fechado a
contém certa quantidade de NOCl puro. Quando o equilíbrio é atingido, a pressão parcial de NOCl é
e a pressão total da mistura é
.
a) Calcule a concentração, em
, de cada espécie, no equilíbrio.
b) Ocorrendo a compressão do sistema, em que sentido o equilíbrio é deslocado? Justifique.
c) Aumentando o volume, em que sentido o equilíbrio é deslocado? Justifique.
d) Sabendo que esta reação é endotérmica no sentido inverso, ao aumentar a temperatura, o que acontece com o equilíbrio?
Considere que os gases se comportam idealmente.
a) Calcule a concentração, em
b) Ocorrendo a compressão do sistema, em que sentido o equilíbrio é deslocado? Justifique.
c) Aumentando o volume, em que sentido o equilíbrio é deslocado? Justifique.
d) Sabendo que esta reação é endotérmica no sentido inverso, ao aumentar a temperatura, o que acontece com o equilíbrio?
Passo 1
O enunciado e os dados relevantes (já peguei todos do enunciado) são:
- Reação:
- Constante termodinâmica dada:
(a ). - Temperatura:
. - No equilíbrio foi medido: pressão parcial de
igual a e pressão total da mistura igual a . - Informação adicional do enunciado: o recipiente continha inicialmente apenas
(ou seja, antes do equilíbrio não havia nem ).
O que o enunciado pede:
a) Calcular a concentração (em ) de cada espécie no equilíbrio:
,
e
.
b) Se ocorrer compressão do sistema, em que sentido o equilíbrio se desloca? Justificar.
c) Se ocorrer aumento do volume, em que sentido o equilíbrio se desloca? Justificar.
d) Sabendo que a reação é endotérmica no sentido inverso, ao aumentar a temperatura o que acontece com o equilíbrio?
a) Calcular a concentração (em
b) Se ocorrer compressão do sistema, em que sentido o equilíbrio se desloca? Justificar.
c) Se ocorrer aumento do volume, em que sentido o equilíbrio se desloca? Justificar.
d) Sabendo que a reação é endotérmica no sentido inverso, ao aumentar a temperatura o que acontece com o equilíbrio?
Passo 2
Entendendo a relação entre variações estequiométricas e pressões parciais (desenvolvimento da ideia passo a passo).
- Como o sistema começou com apenas
e ao atingir o equilíbrio parte dele se decompõe em e , é prático definir uma extensão de reação (em unidades de pressão, aqui ) que represente quanto de reação ocorreu no sentido inverso (decomposição). - Pela estequiometria da reação, se a reação anda no sentido inverso (decomposição) com extensão
: -
diminui em (porque coeficiente 2). -
aparece em . -
aparece em .
-
- Assim, as pressões parciais no equilíbrio podem ser escritas em função de
e da pressão inicial de (chamei de ): - A pressão total no equilíbrio é soma das parciais:
- No enunciado foram dados
e . Substituindo: - Podemos eliminar
: somando as duas equações (ou resolvendo em sequência) obtém-se diretamente . Subtraindo a segunda da primeira: Logo
Passo 3
Determinar as pressões parciais de
e
no equilíbrio usando
.
- Pela estequiometria:
- Já nos foi dado
. Verificação rápida da soma: ok.
(Observação didática curta: essa relação
veio diretamente da estequiometria porque o sistema partiu de NOCl puro.)
Passo 4
Converter pressões parciais em concentrações molares usando a lei dos gases ideais (aulas práticas).
- A forma prática da lei dos gases ideais para concentração (mol L
) é: onde: -
é a concentração da espécie em , -
é a pressão parcial da espécie em , -
é a constante dos gases ideais na unidade conveniente: , -
é a temperatura em kelvin.
-
- Primeiro converta a temperatura:
- Calcule
: - Agora calcule cada concentração (mostro a conta para cada uma):
- Para
: - Para
: - Para
:
- Para
- Comentário didático: essas fórmulas são diretas e úteis em provas — sempre converta
para kelvin e use compatível com atm/L/mol/K.
Passo 5
(Verificação e discussão breve sobre
.)
- Se calcularmos
a partir das pressões de equilíbrio medidas, usa-se a expressão (pela reação escrita): Substituindo os valores encontrados: - Observação curta: esse valor calculado (≈
) difere um pouco do valor fornecido no enunciado ( ). Em problemas de prova normalmente os dados são coerentes; aqui a diferença é pequena e pode dever‑se a arredondamentos experimentais ou numéricos. Para responder (a) usamos os dados de pressões do enunciado e a lei dos gases ideais, que é o procedimento pedido.
Passo 6
Resposta à parte (b) — compressão do sistema (redução de volume, pressão aumenta) — raciocínio didático.
- Use a regra de Le Châtelier: ao perturbar um sistema em equilíbrio, o sistema reage no sentido de minimizar a perturbação.
- Contagem de moles gasosos na reação: no lado dos reagentes há
mols gasosos por “unidade” da reação; no lado dos produtos há mols gasosos. - Compressão (aumento da pressão) favorece o lado com menor número de mols gasosos.
- Portanto, a compressão desloca o equilíbrio para a direita (formação de mais
), porque esse lado tem menos mols gasosos.
Passo 7
Resposta à parte (c) — aumento do volume (redução da pressão) — raciocínio didático.
- Aumentar o volume diminui a pressão; pela regra de Le Châtelier o sistema favorece o lado com mais mols gasosos para aumentar novamente a pressão.
- Como o lado dos reagentes tem 3 mols gasosos e o dos produtos 2 mols, aumentar o volume desloca o equilíbrio para a esquerda (formação de mais
e ).
Passo 8
Resposta à parte (d) — efeito do aumento de temperatura sabendo que o sentido inverso é endotérmico.
- Se o sentido inverso (decomposição:
) é endotérmico, então o sentido direto (formação de ) é exotérmico. - Aumentar a temperatura é uma adição de energia (calor): o sistema tenderá a consumir esse calor favorecendo a reação endotérmica.
- Logo, ao aumentar a temperatura o equilíbrio desloca‑se para a esquerda (mais decomposição: mais
e ). Em termos de para a reação escrita (formação de ), o aumento de fará diminuir (porque o produto favorecido pelo aumento de é o sentido endotérmico — aqui o inverso).
Resposta
a)
b) O equilíbrio desloca‑se para a direita (formação de mais
) quando o sistema é comprimido.
c) O equilíbrio desloca‑se para a esquerda (formação de mais
e
) quando o volume aumenta.
d) Como o sentido inverso é endotérmico, aumentar a temperatura desloca o equilíbrio para a esquerda (favorece a decomposição) — portanto há mais
e
e menos
.