Escreva as equações de equilíbrio (expressão de K em função das concentrações) para as seguintes reações:
2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{(\mathrm{g})} \leftrightarrow 2 \mathrm{H}_{2(\mathrm{~g})}+\mathrm{O}_{2(\mathrm{~g})}
4 \mathrm{HCl}_{(\mathrm{g})}+\mathrm{O}_{2(\mathrm{~g})} \leftrightarrow 2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{(\mathrm{g})}+2 \mathrm{Cl}_{2(\mathrm{~g})}
\mathrm{NOCl}_{(\mathrm{g})} \leftrightarrow \mathrm{NO}_{(\mathrm{g})}+1 / 2 \mathrm{Cl}_{2(\mathrm{~g})}
\mathrm{CO}_{2(\mathrm{~g})}+2 \mathrm{NH}_{3(\mathrm{~g})} \leftrightarrow \mathrm{NH}_{4} \mathrm{CO}_{2} \mathrm{NH}_{2(\mathrm{~s})}

Passo 1

O enunciado pede para escrever as equações de equilíbrio (a expressão de K em função das concentrações) para quatro reações fornecidas. As reações são (copiadas do enunciado):
  • 2\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{(g)} \leftrightarrow 2\mathrm{H}_{2(g)} + \mathrm{O}_{2(g)}
  • 4\mathrm{HCl}_{(g)} + \mathrm{O}_{2(g)} \leftrightarrow 2\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{(g)} + 2\mathrm{Cl}_{2(g)}
  • \mathrm{NOCl}_{(g)} \leftrightarrow \mathrm{NO}_{(g)} + \tfrac{1}{2}\mathrm{Cl}_{2(g)}
  • \mathrm{CO}_{2(g)} + 2\mathrm{NH}_{3(g)} \leftrightarrow \mathrm{NH}_{4}\mathrm{CO}_{2}\mathrm{NH}_{2_{(s)}}
O que é pedido:
  • Para cada reação, escrever a expressão de K em termos das concentrações molares (ou seja, a forma K = \dfrac{\text{produtos}}{\text{reagentes}} usando [\cdot] para concentração).
  • Usar as estequiometrias dadas (incluindo expoentes fracionários quando aparecem).
  • Tratar corretamente espécies heterogêneas (sólidos) conforme as regras de atividade.

Passo 2

Conceito e regra prática (a “receita” para montar K):
  • A lei da ação das massas diz que, para uma reação genérica
\alpha A + \beta B \leftrightarrow \gamma C + \delta D,
a constante de equilíbrio em termos de concentrações (normalmente chamada K_c) é
K = \frac{[C]^{\gamma} [D]^{\delta}}{[A]^{\alpha} [B]^{\beta}}.
  • Aqui [X] significa a concentração molar da espécie X (moles por litro).
  • Cada coeficiente estequiométrico vira um expoente na expressão de K.
  • Se um coeficiente for fracionário (por ex. \tfrac{1}{2}), o expoente também será fracionário (isto é permitido; significa raiz da concentração).
  • Para equilíbrios heterogêneos, a atividade de um sólido puro é constante e convencionalmente igual a 1; portanto, sólidos puros NÃO aparecem na expressão de K (ou seja, não se escrevem [\text{sólido}]ó na expressão).
  • Observação prática: se todas as espécies forem gasosas, pode-se também usar K_p (em termos de pressões parciais), mas aqui o pedido foi explícito para expressar K em função de concentrações, então usaremos [\cdot].

Passo 3

Montagem de K para a reação 1:
2\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{(g)} \leftrightarrow 2\mathrm{H}_{2(g)} + \mathrm{O}_{2(g)}
  • Identificar coeficientes: reagente \mathrm{H}_2\mathrm{O} tem coeficiente 2. Produtos: \mathrm{H}_2 coeficiente 2, \mathrm{O}_2 coeficiente 1.
  • Aplicando a regra da ação das massas:
K = \frac{[\mathrm{H}_2]^{2} [\mathrm{O}_2]^{1}}{[\mathrm{H}_2\mathrm{O}]^{2}}.
  • Podemos simplificar escrevendo:
K = \frac{[\mathrm{H}_2]^{2}[\mathrm{O}_2]}{[\mathrm{H}_2\mathrm{O}]^{2}}.

Passo 4

Montagem de K para a reação 2:
4\mathrm{HCl}_{(g)} + \mathrm{O}_{2(g)} \leftrightarrow 2\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{(g)} + 2\mathrm{Cl}_{2(g)}
  • Identificar coeficientes: reagentes: \mathrm{HCl} coeficiente 4, \mathrm{O}_2 coeficiente 1. Produtos: \mathrm{H}_2\mathrm{O} coeficiente 2, \mathrm{Cl}_2 coeficiente 2.
  • Aplicando a regra:
K = \frac{[\mathrm{H}_2\mathrm{O}]^{2} [\mathrm{Cl}_2]^{2}}{[\mathrm{HCl}]^{4} [\mathrm{O}_2]^{1}}.
  • Escrevendo de forma compacta:
K = \frac{[\mathrm{H}_2\mathrm{O}]^{2}[\mathrm{Cl}_2]^{2}}{[\mathrm{HCl}]^{4}[\mathrm{O}_2]}.

Passo 5

Montagem de K para a reação 3 (expoente fracionário):
\mathrm{NOCl}_{(g)} \leftrightarrow \mathrm{NO}_{(g)} + \tfrac{1}{2}\mathrm{Cl}_{2(g)}
  • Identificar coeficientes: reagente \mathrm{NOCl} coeficiente 1. Produtos: \mathrm{NO} coeficiente 1, \mathrm{Cl}_2 coeficiente \tfrac{1}{2}.
  • Aplicando a regra:
K = \frac{[\mathrm{NO}]^{1} [\mathrm{Cl}_2]^{\tfrac{1}{2}}}{[\mathrm{NOCl}]^{1}}.
  • Ou, de modo mais limpo:
K = \frac{[\mathrm{NO}]\,[\mathrm{Cl}_2]^{1/2}}{[\mathrm{NOCl}]}.
  • Observação didática rápida: se, por exemplo, [\mathrm{Cl}_2]=0{,}25\\ \mathrm{mol\,L^{-1}}, então [\mathrm{Cl}_2]^{1/2}=(0{,}25)^{1/2}=0{,}5. Expoentes fracionários significam exatamente isso: tomar raiz da concentração.

Passo 6

Montagem de K para a reação 4 (sólido como produto):
\mathrm{CO}_{2(g)} + 2\mathrm{NH}_{3(g)} \leftrightarrow \mathrm{NH}_{4}\mathrm{CO}_{2}\mathrm{NH}_{2_{(s)}}
  • Identificar coeficientes: reagentes gasosos \mathrm{CO}_2 coeficiente 1, \mathrm{NH}_3 coeficiente 2. Produto é um sólido puro \mathrm{NH}_4\mathrm{CO}_2\mathrm{NH}_2_{(s)}.
  • Regra importante para heterogêneos: a atividade do sólido puro é 1, portanto NÃO se inclui a concentração do sólido na expressão de K.
  • Aplicando a regra (produtos sobre reagentes), com a atividade do sólido sendo 1:
K = \frac{1}{[\mathrm{CO}_2]^{1} [\mathrm{NH}_3]^{2}}.
  • Ou escrito de forma direta:
K = \frac{1}{[\mathrm{CO}_2][\mathrm{NH}_3]^{2}}.
  • Interpretação prática: um K grande significa que, no equilíbrio, as concentrações dos reagentes gasosos tendem a ser baixas (pois o produto é sólido e sua atividade é fixa).

Resposta

K = \frac{[\mathrm{H}_2]^{2}[\mathrm{O}_2]}{[\mathrm{H}_2\mathrm{O}]^{2}}
K = \frac{[\mathrm{H}_2\mathrm{O}]^{2}[\mathrm{Cl}_2]^{2}}{[\mathrm{HCl}]^{4}[\mathrm{O}_2]}
K = \frac{[\mathrm{NO}]\,[\mathrm{Cl}_2]^{1/2}}{[\mathrm{NOCl}]}
K = \frac{1}{[\mathrm{CO}_2][\mathrm{NH}_3]^{2}}

Exercícios relacionados