Questão 2: A reação:
apresenta energia de ativação igual a
, se ouro for empregado como catalisador e 134
, alternativamente, platina for empregada como catalisador.
Sobre esse sistema fechado, considere as afirmativas a seguir.
I - Um aumento de temperatura diminuiria o tempo para se atingir o equilíbrio e aumentaria o rendimento do processo.
II - O emprego de ouro como catalisador conduz o processo mais rapidamente ao equilíbrio, quando comparado ao emprego de platina.
III - A uma dada temperatura, o emprego dos catalisadores ao processo altera a velocidade da reação, no entanto as concentrações dos gases no equilíbrio permanecem inalteradas.
IV - Um aumento da pressão total do sistema (pela diminuição do volume) levaria a um aumento do rendimento da reação no equilíbrio.
Estão corretas APENAS as afirmativas
(A) I e III.
(B) I e IV.
(C) II e III.
(D) II e IV.
(E) III e IV.
apresenta energia de ativação igual a
I - Um aumento de temperatura diminuiria o tempo para se atingir o equilíbrio e aumentaria o rendimento do processo.
(A) I e III.
(B) I e IV.
(C) II e III.
(D) II e IV.
(E) III e IV.
Passo 1
O enunciado nos dá a reação gasosa e alguns dados e pede que identifiquemos quais das afirmativas I–IV são verdadeiras. Vou listar claramente o que temos e o que é pedido.
- Reação:
. - Entalpia padrão da reação:
. (ou seja, a reação é exotérmica.) - Energia de ativação com catalisador ouro:
. - Energia de ativação com catalisador platina:
. - O sistema é fechado (ou seja, número de mols total do sistema fixo; porém pressões e volumes podem mudar conforme o experimento).
As afirmativas a avaliar:
I - Um aumento de temperatura diminuiria o tempo para se atingir o equilíbrio e aumentaria o rendimento do processo.
II - O emprego de ouro como catalisador conduz o processo mais rapidamente ao equilíbrio, quando comparado ao emprego de platina.
III - A uma dada temperatura, o emprego dos catalisadores ao processo altera a velocidade da reação, no entanto as concentrações dos gases no equilíbrio permanecem inalteradas.
IV - Um aumento da pressão total do sistema (pela diminuição do volume) levaria a um aumento do rendimento da reação no equilíbrio.
I - Um aumento de temperatura diminuiria o tempo para se atingir o equilíbrio e aumentaria o rendimento do processo.
II - O emprego de ouro como catalisador conduz o processo mais rapidamente ao equilíbrio, quando comparado ao emprego de platina.
III - A uma dada temperatura, o emprego dos catalisadores ao processo altera a velocidade da reação, no entanto as concentrações dos gases no equilíbrio permanecem inalteradas.
IV - Um aumento da pressão total do sistema (pela diminuição do volume) levaria a um aumento do rendimento da reação no equilíbrio.
Pergunta final: quais afirmativas estão corretas apenas? (escolher entre as alternativas A–E).
Passo 2
Conceitos essenciais (explicação didática e breve) — temperatura, exotermia e rendimento:
- A entalpia da reação
indica se a reação libera ou absorve calor. Se a reação é exotérmica (libera calor para o entorno); se é endotérmica (absorve calor). - O Princípio de Le Châtelier (forma prática): se um sistema no equilíbrio for perturbado, o equilíbrio se desloca no sentido que tende a reduzir essa perturbação.
- Aplicação a temperatura: aquecer (aumentar
) equivale a adicionar energia térmica. Para uma reação exotérmica ( ), aumentar favorece o sentido endotérmico (o sentido que absorve calor), ou seja favorece os reagentes. Logo, para reação exotérmica, aumento de reduz o rendimento em produtos no equilíbrio.
- Aplicação a temperatura: aquecer (aumentar
- Efeito da temperatura na velocidade: aumentar
geralmente aumenta as velocidades de reação (mais moléculas com energia suficiente para superar a barreira de ativação), portanto reduz o tempo para alcançar o equilíbrio.
Passo 3
Avaliação da afirmativa I usando os conceitos:
- A primeira parte de I: “Um aumento de temperatura diminuiria o tempo para se atingir o equilíbrio” — isso é correto: aumentar
tende a aumentar as constantes de velocidade (mais colisões eficazes), então o sistema alcança o equilíbrio mais rápido. - A segunda parte de I: “e aumentaria o rendimento do processo” — como a reação é exotérmica (
), aumentar desloca o equilíbrio para os reagentes (sentido endotérmico é o inverso), diminuindo o rendimento em produtos. Portanto essa segunda parte é falsa.
Conclusão sobre I: a afirmativa completa é falsa (porque mistura uma parte verdadeira e outra falsa). Logo I é falsa.
Passo 4
Conceitos essenciais (explicação sobre catalisadores e energia de ativação):
- A constante de velocidade de uma reação obedece qualitativamente à Lei de Arrhenius:
onde
é a constante de velocidade,
é o fator pré-exponencial (frequência efetiva de colisões),
é a energia de ativação,
é a constante dos gases ideais e
a temperatura absoluta.
- Um catalisador atua fornecendo um caminho reacional alternativo com menor
. Isso aumenta (para mesma ) e, portanto, aumenta a velocidade da reação. Importante: o catalisador altera a velocidade (quanto mais baixo , maior ), mas não altera a energia livre padrão da reação nem o valor da constante de equilíbrio (pois não muda estados inicial/final, só o caminho). - Assim, entre dois catalisadores, aquele que oferecer menor
dará uma constante de velocidade maior (tudo o mais igual), e portanto conduzirá ao equilíbrio mais rapidamente.
Passo 5
Avaliação da afirmativa II (comparação ouro × platina):
- Dados:
e . Ouro tem menor energia de ativação. - Pela Lei de Arrhenius, menor
→ maior → reação mais rápida → equilíbrio atingido mais depressa. - Portanto II é verdadeira: o emprego de ouro conduz o processo mais rapidamente ao equilíbrio do que platina (para a mesma temperatura).
Passo 6
Avaliação da afirmativa III (efeito de catalisador sobre concentrações em equilíbrio):
- Um catalisador acelera as velocidades direta e inversa numa reação, mas não altera as energias livres dos reagentes ou produtos nem a constante de equilíbrio
. A constante de equilíbrio depende apenas da temperatura (e da natureza das substâncias), não do mecanismo. - Assim, para uma dada temperatura, adicionar um catalisador muda a velocidade com que o equilíbrio é alcançado, mas não muda as concentrações das espécies no equilíbrio.
- Portanto III é verdadeira.
Passo 7
Conceitos essenciais e avaliação da afirmativa IV (efeito da pressão total):
- Contagem de mols gasosos: no lado dos reagentes há
mols gasosos ( ); no lado dos produtos há mols gasosos ( ). Logo (mais mols de gás nos produtos). - Pelo Princípio de Le Châtelier: aumentar a pressão total (por diminuir o volume) desloca o equilíbrio para o lado com menos mols de gás — isto é, para os reagentes aqui. Portanto aumento de pressão reduz a fração de produtos no equilíbrio (diminui rendimento em produtos).
- A afirmativa IV dizia que um aumento da pressão levaria a um aumento do rendimento da reação no equilíbrio — isso é contrário ao que ocorre. Logo IV é falsa.
Passo 8
Resumo lógico das quatro afirmativas:
- I: falsa (aumentar
diminui o tempo, mas diminui o rendimento porque a reação é exotérmica). - II: verdadeira (ouro tem menor
, então conduz mais rápido ao equilíbrio que platina). - III: verdadeira (catalisadores alteram velocidades, não a composição do equilíbrio a uma dada
). - IV: falsa (aumentar pressão favorece o lado com menos mols gás; aqui favorece os reagentes, reduzindo rendimento de produtos).
Portanto as afirmativas corretas são somente II e III.
Resposta
(C) II e III.