Questão 10- Em uma das etapas da fabricação do ácido sulfúrico ocorre a reação:
\mathrm{SO}_{2}(\mathrm{~g})+1 / 2 \mathrm{O}_{2}(\mathrm{~g}) \rightleftharpoons \mathrm{SO}_{3}(\mathrm{~g})
Sabendo-se que a constante de equilíbrio da reação diminui com o aumento da temperatura e que o processo de fabricação do ácido sulfúrico ocorre em recipiente fechado, conclui-se que a reação anterior
a) é favorecida pelo aumento do volume do recipiente.
b) é desfavorecida pelo aumento da pressão total exercida sobre o sistema.
c) é exotérmica.
d) não é afetada pelo aumento parcial de \mathrm{SO}_{3}.
e) tem seu rendimento do equilíbrio que é estabelecido em presença de um catalisador.

Passo 1

O enunciado fornece a reação
\mathrm{SO}_{2}(\mathrm{g})+\tfrac{1}{2}\mathrm{O}_{2}(\mathrm{g}) \rightleftharpoons \mathrm{SO}_{3}(\mathrm{g})
e as seguintes informações importantes:
  • A constante de equilíbrio da reação diminui quando a temperatura aumenta.
  • O processo ocorre em recipiente fechado (ou seja, número de mols de gás e volume/pressão são relevantes).
    O enunciado pede que se conclua qual das alternativas abaixo é correta:
    a) a reação é favorecida pelo aumento do volume do recipiente.
    b) a reação é desfavorecida pelo aumento da pressão total exercida sobre o sistema.
    c) a reação é exotérmica.
    d) a reação não é afetada pelo aumento parcial de \mathrm{SO}_{3}.
    e) tem seu rendimento do equilíbrio alterado quando estabelecido em presença de um catalisador.

Passo 2

Interpretação da informação sobre a constante de equilíbrio que diminui com o aumento da temperatura. Vou explicar o conceito que liga \,K e a temperatura de forma simples e útil para prova. Existe uma relação chamada equação de van ’t Hoff:
\frac{d\ln K}{dT}=\frac{\Delta H^\circ}{R\,T^{2}}
onde:
  • \ln K é o logaritmo natural da constante de equilíbrio \,K;
  • T é a temperatura absoluta em kelvin;
  • R é a constante dos gases;
  • \Delta H^\circ é a entalpia padrão da reação (energia trocada como calor; se \Delta H^\circ<0 a reação é exotérmica, se \Delta H^\circ>0 é endotérmica).
Essa fórmula diz que o sinal de \Delta H^\circ determina se \ln K aumenta ou diminui quando T aumenta:
  • Se \Delta H^\circ>0 (endotérmica), então \dfrac{d\ln K}{dT}>0 e K aumenta com T.
  • Se \Delta H^\circ<0 (exotérmica), então \dfrac{d\ln K}{dT}<0 e K diminui com T.
No enunciado temos que K diminui quando T aumenta, portanto o lado direito da equação exige \Delta H^\circ<0.

Passo 3

Conclusão direta da ligação anterior: como a constante de equilíbrio diminui com aumento de temperatura, temos \Delta H^\circ<0, ou seja, a reação libera calor para o ambiente — é uma reação exotérmica. (Guarde isso: “K diminui com T → reação exotérmica”.)

Passo 4

Análise do efeito do aumento do volume do recipiente (alternativa a). Primeiro conto o número de mols de gás em cada lado da equação:
  • Reagentes: \,1 mol de \mathrm{SO}_{2} + \tfrac{1}{2} mol de \mathrm{O}_{2} = \,1{,}5 mol gasoso total.
  • Produtos: \,1 mol de \mathrm{SO}_{3}.
    Por Le Châtelier: se aumentamos o volume (que reduz a pressão), o equilíbrio desloca-se para o lado com maior número de mols gasosos para aumentar a pressão de volta. Aqui o lado com mais mols é o dos reagentes ( 1{,}5 mol) — portanto aumento do volume favorece os reagentes (desloca para a esquerda), ou seja, favorece a reação inversa (formação de \mathrm{SO}_{2} e \mathrm{O}_{2}), não a formação de \mathrm{SO}_{3}. Logo a alternativa (a) é falsa.

Passo 5

Análise do efeito do aumento da pressão total (alternativa b). Pelo mesmo raciocínio de Le Châtelier: aumentar a pressão total favorece o lado com menos mols gasosos. Aqui o lado com menos mols é o dos produtos ( 1 mol). Portanto um aumento de pressão favorece a formação de \mathrm{SO}_{3} (desloca o equilíbrio para a direita). A alternativa (b) afirma que a reação é desfavorecida pelo aumento da pressão, o que contradiz esse raciocínio — então (b) é falsa.

Passo 6

Efeito do aumento parcial de \mathrm{SO}_{3} (alternativa d). Se eu acrescentar \mathrm{SO}_{3} ao sistema (aumentando sua pressão parcial), o princípio de Le Châtelier diz que o equilíbrio será deslocado no sentido de consumir o excesso de produto — ou seja, desloca-se para a esquerda (formando mais \mathrm{SO}_{2} e \mathrm{O}_{2}) até restabelecer o equilíbrio. Portanto o sistema é afetado pelo aumento parcial de \mathrm{SO}_{3}; a alternativa que diz “não é afetada” está errada. Observação importante: adicionar \mathrm{SO}_{3} não muda a constante K, apenas muda as concentrações/parciais até um novo equilíbrio.

Passo 7

Efeito de um catalisador (alternativa e). Um catalisador aumenta a velocidade das reações direta e inversa igualmente, diminuindo o tempo para atingir o equilíbrio, mas não altera a posição de equilíbrio nem o valor da constante K. Ou seja, o rendimento em equilíbrio (fração ou composição em equilíbrio) não muda com a presença de catalisador; muda apenas a velocidade para se alcançar esse rendimento. Portanto a alternativa (e) está incorreta se afirma que o rendimento do equilíbrio é alterado pela presença de um catalisador.

Passo 8

Resumo rápido e escolha final: das alternativas, a única correta em termos da física-química do equilíbrio e da informação dada ( K diminui com T) é a que afirma que a reação é exotérmica. As demais foram analisadas e mostradas falsas.

Resposta

c

Exercícios relacionados