QUESTÃO 10: Uma reação importante na formação de smog é
O_{3(g)}+N O_{(g)} \rightleftharpoons O_{2(g)}+N O_{2(g)} \quad K_{c}=6,0 \times 10^{34}
(a) Se as concentrações iniciais são \left[\mathrm{O}_{3}\right]=1,0 \times 10^{-6} \mathrm{~mol} \mathrm{~L}^{-1},[\mathrm{NO}]=1,0 \times 10^{-5} \mathrm{~mol} \mathrm{~L}^{-1}, \left[\mathrm{NO}_{2}\right]=2,5 \times 10^{-4} \mathrm{~mol} \mathrm{~L}^{-1} e \left[\mathrm{O}_{2}\right]=8,2 \times 10^{-3} \mathrm{~mol} \mathrm{~L}^{-1}, o sistema está em equilíbrio? Se não estiver em equilíbrio, em que direção a reação prossegue?
(b) Se a temperatura for aumentada, como em um dia muito quente, as concentrações dos produtos aumentarão ou diminuirão? Use os dados do Apêndice C (SIGAA) para verificar se a reação é exotérmica ou endotérmica.

Passo 1

O enunciado dá a reação
\mathrm{O_{3(g)}}+\mathrm{NO_{(g)}}\rightleftharpoons \mathrm{O_{2(g)}}+\mathrm{NO_{2(g)}}
com K_{c}=6{,}0\times10^{34}. Na parte (a) queremos saber se, dadas as concentrações iniciais \bigl[\mathrm{O}_{3}\bigr]=1,0\times10^{-6}, \bigl[\mathrm{NO}\bigr]=1,0\times10^{-5}, \bigl[\mathrm{NO}_{2}\bigr]=2,5\times10^{-4} e \bigl[\mathrm{O}_{2}\bigr]=8,2\times10^{-3} mol L^{-1}, o sistema está em equilíbrio ou não, comparando o quociente de reação Q_{c} com K_{c}. Na parte (b) avaliamos o efeito do aumento de temperatura com base no sinal de \Delta H^\circ da reação (usando dados de entalpia padrão de formação do Apêndice C) e aplicamos o princípio de Le Chatelier.

Passo 2

Calculamos o quociente de reação
Q_{c}=\frac{\bigl[\mathrm{O}_{2}\bigr]\,\bigl[\mathrm{NO}_{2}\bigr]}{\bigl[\mathrm{O}_{3}\bigr]\,\bigl[\mathrm{NO}\bigr]}
Substituindo os valores:
Q_{c} =\frac{(8,2\times10^{-3})\,(2,5\times10^{-4})}{(1,0\times10^{-6})\,(1,0\times10^{-5})} =\frac{2,05\times10^{-6}}{1,0\times10^{-11}} =2,05\times10^{5}.

Passo 3

Comparamos Q_{c}=2,05\times10^{5} e K_{c}=6,0\times10^{34}. Como
Q_{c}\ll K_{c},
o sistema ainda gera produtos para atingir o equilíbrio, ou seja, a reação prossegue no sentido direto (formação de \mathrm{O_{2}} e \mathrm{NO_{2}}).

Passo 4

Para saber se a reação é exotérmica ou endotérmica, usamos as entalpias padrão de formação \Delta H_{f}^{\circ} do Apêndice C: \Delta H_{f}^{\circ}(\mathrm{O_{3}})=+142{,}7 kJ/mol, \Delta H_{f}^{\circ}(\mathrm{NO})=+90{,}3 kJ/mol, \Delta H_{f}^{\circ}(\mathrm{NO_{2}})=+33{,}1 kJ/mol, e \Delta H_{f}^{\circ}(\mathrm{O_{2}})=0.
Então
\Delta H_{\mathrm{rxn}}^{\circ} =\bigl[0+(+33{,}1)\bigr] -\bigl[(+142{,}7)+(+90{,}3)\bigr] =33{,}1-233{,}0 =-199{,}9\\ \mathrm{kJ/mol},
logo a reação é fortemente exotérmica.

Passo 5

Pelo princípio de Le Chatelier, aumentar a temperatura em uma reação exotérmica desloca o equilíbrio no sentido endotérmico (reagentes), diminuindo as concentrações dos produtos.

Resposta

(a) Não está em equilíbrio, pois Q_{c}=2,05\times10^{5}\ll K_{c}; a reação prossegue no sentido direto (formação de \mathrm{O_{2}} e \mathrm{NO_{2}}).
(b) A reação é exotérmica ( \Delta H_{\mathrm{rxn}}^{\circ}\approx-200 kJ/mol); elevando a temperatura o equilíbrio se desloca para os reagentes, diminuindo as concentrações de \mathrm{O_{2}} e \mathrm{NO_{2}}.

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