Questão 10- Em uma das etapas da fabricação do ácido sulfúrico ocorre a reação:
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
.
e) tem seu rendimento do equilíbrio que é estabelecido em presença de um catalisador.
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
e) tem seu rendimento do equilíbrio que é estabelecido em presença de um catalisador.
Passo 1
O enunciado fornece a reação
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.
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
e a temperatura de forma simples e útil para prova. Existe uma relação chamada equação de van ’t Hoff:
onde:
-
é o logaritmo natural da constante de equilíbrio ; -
é a temperatura absoluta em kelvin; -
é a constante dos gases; -
é a entalpia padrão da reação (energia trocada como calor; se a reação é exotérmica, se é endotérmica).
Essa fórmula diz que o sinal de
determina se
aumenta ou diminui quando
aumenta:
- Se
(endotérmica), então e aumenta com . - Se
(exotérmica), então e diminui com .
No enunciado temos que
diminui quando
aumenta, portanto o lado direito da equação exige
.
Passo 3
Conclusão direta da ligação anterior: como a constante de equilíbrio diminui com aumento de temperatura, temos
, 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:
mol de + mol de = mol gasoso total. - Produtos:
mol de .
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 (mol) — portanto aumento do volume favorece os reagentes (desloca para a esquerda), ou seja, favorece a reação inversa (formação de e ), não a formação de . 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 (
mol). Portanto um aumento de pressão favorece a formação de
(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
(alternativa d). Se eu acrescentar
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
e
) até restabelecer o equilíbrio. Portanto o sistema é afetado pelo aumento parcial de
; a alternativa que diz “não é afetada” está errada. Observação importante: adicionar
não muda a constante
, 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
. 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 (
diminui com
) é a que afirma que a reação é exotérmica. As demais foram analisadas e mostradas falsas.
Resposta
c