Escreva a expressão da constante de equilíbrio em relação às seguintes reações. Em cada caso, indique se o equilíbrio é homogêneo ou heterogêneo.
\mathrm{CH}_{4}{ }_{(\mathrm{g})}+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{~S}_{(\mathrm{g})} \leftrightarrow \mathrm{CS}_{2(\mathrm{~g})}+4 \mathrm{H}_{2(\mathrm{~g})}

Passo 1

O enunciado dá a reação
\mathrm{CH}_{4(g)} + 2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{S}_{(g)} \rightleftharpoons \mathrm{CS}_{2(g)} + 4\,\mathrm{H}_{2(g)}
e pede duas coisas:
  • escrever a expressão da constante de equilíbrio (ou seja, a expressão que relaciona as concentrações das espécies no equilíbrio);
  • indicar se o equilíbrio é homogêneo ou heterogêneo.
Observação importante que vem do enunciado: todas as espécies químicas têm a indicação (g), ou seja, são gases.

Passo 2

O que é a constante de equilíbrio? Vou explicar de um jeito direto e passo a passo.
  • Em geral, para uma reação balanceada do tipo \sum_i \nu_i \, \text{reagentes/products} = 0,a constante de equilíbrio é dada em termos das atividades a_i por K = \prod_i a_i^{\nu_i},onde \nu_i são os coeficientes estequiométricos (positivos para produtos, negativos para reagentes) e a_i é a atividade da espécie i.
  • Para soluções diluídas ou gases ideais, aproximamos as atividades por concentrações molares [\cdot] (para K_c) ou por pressões parciais P (para K_p), assumindo uma referência de 1 (unidade) para tornar as atividades adimensionais. Na prática de provas, usa-se:
    • K_c quando a expressão é em concentrações molares: concentrações entre colchetes [\cdot].
    • K_p quando a expressão é em pressões parciais: P_{\text{espécie}}é.

Passo 3

Como montar a expressão de K_c: regra prática (e infalível)
  • Escreve produto dividido por reagente.
  • Cada concentração é elevada ao seu coeficiente estequiométrico.
Aplicando isso à reação dada:
  • Produtos: \mathrm{CS}_2 com coeficiente 1 e \mathrm{H}_2 com coeficiente 4.
  • Reagentes: \mathrm{CH}_4 com coeficiente 1 e \mathrm{H}_2\mathrm{S} com coeficiente 2.
Portanto a expressão para K_c é
K_c=\dfrac{[\mathrm{CS}_2]\,[\mathrm{H}_2]^4}{[\mathrm{CH}_4]\,[\mathrm{H}_2\mathrm{S}]^2}.
Expliquei cada passo: os expoentes vêm dos coeficientes estequiométricos; o numerador é produto e denominador reagente.

Passo 4

Expressão em termos de pressões ( K_p ) e relação entre K_p e K_c
  • A expressão análoga em pressões parciais é K_p=\dfrac{P_{\mathrm{CS}_2}\,P_{\mathrm{H}_2}^4}{P_{\mathrm{CH}_4}\,P_{\mathrm{H}_2\mathrm{S}}^2}.
  • Há uma relação útil entre K_p e K_c para gases ideais: K_p = K_c\,(R T)^{\Delta n},onde \Delta n é a variação do número de mols gasosos (produtos menos reagentes) e R é a constante dos gases, T a temperatura em Kelvin.
  • Calcule \Delta n para esta reação: \Delta n = (1 + 4) - (1 + 2) = 5 - 3 = 2.Assim K_p = K_c\,(R T)^{2}.

Passo 5

Classificação do equilíbrio (homogêneo versus heterogêneo)
  • Definição prática:
    • Equilíbrio homogêneo: todas as espécies participantes estão na mesma fase (por exemplo, todas gasosas).
    • Equilíbrio heterogêneo: há espécies em fases diferentes (ex.: sólido e gás, líquido e gás, etc.).
  • Na reação dada todas as espécies têm a designação (g) — são gases — logo todas estão na mesma fase.
Conclusão: o equilíbrio é homogêneo.

Resposta

K_c=\dfrac{[\mathrm{CS}_2]\,[\mathrm{H}_2]^4}{[\mathrm{CH}_4]\,[\mathrm{H}_2\mathrm{S}]^2}
Homogêneo

Exercícios relacionados