Questão 10 - Em uma indústria química, o dióxido de nitrogênio é convertido em tetróxido de dinitrogênio em um sistema fechado, conforme a reação abaixo. Durante o processo, observou-se que a cor do sistema se torna menos intensa em determinadas condições, indicando uma mudança na concentração dos compostos. A empresa deseja maximizar a formação de tetróxido de dinitrogênio e, para isso, é necessário realizar ajustes precisos nas condições de equilíbrio. Considerando o exposto e o Princípio de Le Chatelier, analise as afirmativas abaixo e assinale a alternativa correta.
I - Se a pressão do sistema for reduzida, o equilíbrio será deslocado para a formação de \mathrm{N}_{2} \mathrm{O}_{4}.
II - Para aumentar a produção de \mathrm{N}_{2} \mathrm{O}_{4}, deve-se diminuir a temperatura do sistema e aumentar a pressão.
III - Aumentar a temperatura deslocará o equilíbrio no sentido dos produtos, pois uma maior quantidade de energia favorece a formação de \mathrm{N}_{2} \mathrm{O}_{4}, que possui uma menor entalpia.
IV - Ao adicionar N2O4 ao meio, observa-se a formação de maior quantidade de NO2.
2 \mathrm{NO}_{2}(\mathrm{~g}) \rightleftharpoons \mathrm{N}_{2} \mathrm{O}_{4}(\mathrm{~g})
\Delta \mathrm{H}=-57 \mathrm{~kJ} / \mathrm{mol}

dióxido de nitrogênio

tetróxido de
dinitrogênio
◯ Apenas a afirmativa IV é verdadeira
◯ Apenas a afirmativa III é verdadeira
◯ As afirmativas I e III são verdadeiras
◯ As afirmativas II e IV são verdadeiras
◯ As afirmativas II, III e IV são verdadeiras

Passo 1

Vou listar claramente o que o enunciado nos dá e o que pede.
  • Reação: 2\\ \mathrm{NO}_{2}(\mathrm{g}) \rightleftharpoons \mathrm{N}_{2}\mathrm{O}_{4}(\mathrm{g}).
  • Variação de entalpia fornecida: \Delta H = -57\\ \mathrm{kJ/mol} (ou seja, a reação direta (formação de \mathrm{N}_{2}\mathrm{O}_{4}) é exotérmica).
  • Observação sobre número de mols gasosos: no lado dos reagentes há 2 mols de gás ( \mathrm{NO}_2), no lado dos produtos há 1 mol de gás ( \mathrm{N}_2\mathrm{O}_4).
O enunciado pede que eu analise quatro afirmativas (I–IV) à luz do Princípio de Le Chatelier e indique qual alternativa está correta.
As afirmativas são:
I — Se a pressão for reduzida, o equilíbrio desloca-se para a formação de \mathrm{N}_{2}\mathrm{O}_{4}.
II — Para aumentar a produção de \mathrm{N}_{2}\mathrm{O}_{4}, deve-se diminuir a temperatura e aumentar a pressão.
III — Aumentar a temperatura deslocará o equilíbrio no sentido dos produtos, pois mais energia favorece a formação de \mathrm{N}_{2}\mathrm{O}_{4}, que possui menor entalpia.
IV — Ao adicionar \mathrm{N}_{2}\mathrm{O}_{4} ao meio, observa-se formação de maior quantidade de \mathrm{NO}_{2}.

Passo 2

Relembrando o Princípio de Le Chatelier (aula rápida e prática): quando um sistema em equilíbrio é perturbado (mudança de concentração, pressão, temperatura), o equilíbrio desloca-se no sentido que reduz essa perturbação.
  • Se mexer na concentração de uma espécie, o equilíbrio se desloca para consumir o que foi adicionado ou para repor o que foi removido.
  • Se alterar a pressão (para gases), o equilíbrio tende a se deslocar para o lado com menor número de mols gasosos quando a pressão aumenta, e para o lado com maior número de mols gasosos quando a pressão diminui.
  • Se mudar a temperatura, trata-se como se “calor” fosse um reagente ou produto: para uma reação exotérmica ( \Delta H<0), a liberação de calor está no lado dos produtos; para uma endotérmica ( \Delta H>0), o calor está no lado dos reagentes. Aumentar a temperatura favorece o sentido endotérmico; diminuir a temperatura favorece o sentido exotérmico.

Passo 3

Analisando a influência da pressão (aplico a regra dos mols de gás):
  • Lado dos reagentes: 2 mols gasosos ( \mathrm{NO}_2).
  • Lado dos produtos: 1 mol gasoso ( \mathrm{N}_2\mathrm{O}_4).
Se a pressão for reduzida (diminui a pressão total), o sistema tende a deslocar-se para o lado com MAIS mols gasosos para aumentar a pressão de volta. Aqui, o lado com mais mols é o dos reagentes ( 2 mols, \mathrm{NO}_2). Portanto, uma redução de pressão desloca o equilíbrio para a esquerda (formando mais \mathrm{NO}_2), não para \mathrm{N}_2\mathrm{O}_4. Conclusão: a afirmativa I é falsa.

Passo 4

Ainda sobre pressão, invertendo a situação: aumentar a pressão (compressão) favorece o lado com MENOS mols gasosos. Aqui o menor número de mols está no produto ( \mathrm{N}_2\mathrm{O}_4, 1 mol). Logo, aumentar a pressão desloca o equilíbrio para a direita, aumentando a formação de \mathrm{N}_2\mathrm{O}_4. Isto confirma a parte da afirmativa II que diz “aumentar a pressão” como favorável à produção de \mathrm{N}_2\mathrm{O}_4.

Passo 5

Analisando a influência da temperatura usando \Delta H:
  • Dado: \Delta H = -57\\ \mathrm{kJ/mol}. O sinal negativo indica que a reação direta (formação de \mathrm{N}_2\mathrm{O}_4) é exotérmica — ou seja, libera calor.
  • Na linguagem de Le Chatelier, para uma reação exotérmica o “calor” pode ser tratado como um produto. Assim:
    • Diminuir a temperatura favorece o sentido exotérmico (direto), aumentando a formação de \mathrm{N}_2\mathrm{O}_4.
    • Aumentar a temperatura favorece o sentido endotérmico (inverso), portanto favorece a formação de \mathrm{NO}_2.
A afirmativa III afirma o contrário (diz que aumentar a temperatura desloca para os produtos e justifica com “mais energia favorece formação de \mathrm{N}_2\mathrm{O}_4, que possui menor entalpia”). Embora seja verdade que os produtos têm menor entalpia (por isso \Delta H<0), a conclusão está invertida: aumentar a temperatura favorece o sentido que absorve calor (o sentido endotérmico), que aqui é o sentido inverso (formação de \mathrm{NO}_2). Portanto a afirmativa III é falsa. A parte da afirmativa II que diz “diminuir a temperatura” é coerente com favorecer \mathrm{N}_2\mathrm{O}_4.

Passo 6

Analisando a adição de substância (concentração): pela regra geral, se adiciona produto, o equilíbrio se desloca para consumir esse excesso — isto é, no sentido que forma reagentes. Se adicionar \mathrm{N}_2\mathrm{O}_4, o equilíbrio desloca-se para a esquerda e forma mais \mathrm{NO}_2. Então a afirmativa IV é verdadeira.

Passo 7

Resumo das verdades das afirmativas:
  • I: falsa (reduzir pressão desloca para o lado com mais mols, forma mais \mathrm{NO}_2).
  • II: verdadeira (diminuir temperatura favorece a reação exotérmica direta e aumentar pressão favorece o lado com menos mols — ambos aumentam \mathrm{N}_2\mathrm{O}_4).
  • III: falsa (aumentar temperatura favorece o sentido endotérmico, ou seja, formação de \mathrm{NO}_2, não de \mathrm{N}_2\mathrm{O}_4).
  • IV: verdadeira (adicionar \mathrm{N}_2\mathrm{O}_4 desloca para a esquerda, formando mais \mathrm{NO}_2).
Portanto, as afirmativas verdadeiras são II e IV.

Resposta

As afirmativas II e IV são verdadeiras

Exercícios relacionados