Escreva a expressão para K, para as seguintes equações. Em cada caso indique se a reação é homogênea ou heterogênea.
\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})
Resposta: (b) \mathrm{Keq}=\mathrm{P}_{\mathrm{CS} 2} \times \mathrm{P}^{4}{ }_{\mathrm{H} 2} / \mathrm{P}_{\mathrm{CH} 4} \times \mathrm{P}^{2}{ }_{\mathrm{H} 2 \mathrm{~S}}; homogêneo

Passo 1

O enunciado dá a reação
\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})
e pede duas coisas: (i) escrever a expressão para K (constante de equilíbrio) e (ii) indicar se a reação é homogênea ou heterogênea. Informação relevante dada: todos os reagentes e produtos estão no estado gasoso, indicado por (\mathrm{g}).

Passo 2

Conceito importante (lei da ação das massas): para uma reação geral
aA + bB \leftrightarrow cC + dD
a constante de equilíbrio (em termos de pressões parciais, chamada K_{p} ou simplesmente K quando se pede K e todas espécies são gases) é dada por
K = \frac{(a_{C})^{c}(a_{D})^{d}}{(a_{A})^{a}(a_{B})^{b}},
onde a_{i} é a atividade da espécie i. Para gases ideais a atividade pode ser aproximada pela pressão parcial relativa à pressão padrão P^\circ:
a_{i}\approx \frac{P_{i}}{P^\circ}.
Na prática de prova, costuma-se escrever a expressão de K em termos das pressões parciais P_{i} elevadas aos coeficientes estequiométricos (produtos no numerador, reagentes no denominador).

Passo 3

Aplicando a regra ao caso dado: escrevemos produto dos termos dos produtos com seus expoentes e dividimos pelo produto dos termos dos reagentes com seus expoentes. Os coeficientes estequiométricos são: \mathrm{CH}_{4} 1, \mathrm{H}_{2}\mathrm{S} 2, \mathrm{CS}_{2} 1, \mathrm{H}_{2} 4.
Substituindo as pressões parciais na forma pedida obtemos
K=\frac{P_{\mathrm{CS}_{2}}\;P_{\mathrm{H}_{2}}^{4}}{P_{\mathrm{CH}_{4}}\;P_{\mathrm{H}_{2}\mathrm{S}}^{2}}.
Observação didática rápida: regra prática para a prova — sempre coloque produtos no numerador, reagentes no denominador, e use como expoente o coeficiente estequiométrico. Ex.: para A + B \leftrightarrow C tem-se K=\dfrac{P_{C}}{P_{A}P_{B}}.

Passo 4

Classificação homogênea/heterogênea: como todas as espécies estão no mesmo estado físico (gás), a reação é homogênea — isto é, não há mistura de fases diferentes.

Resposta

K=\frac{P_{\mathrm{CS}_{2}}\;P_{\mathrm{H}_{2}}^{4}}{P_{\mathrm{CH}_{4}}\;P_{\mathrm{H}_{2}\mathrm{S}}^{2}}
Homogênea

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