A reação abaixo envolve a formação do ácido hipocloroso ( HClO ) que ocorre quando o gás cloro se dissolve em água. Esta reação é chamada de desproporcionamento, uma vez que uma mesma substância é simultaneamente oxidada e reduzida no sistema. Neste caso o \mathrm{Cl}_{2} é oxidado a \mathrm{ClO}^{-}e é reduzido a \mathrm{Cl}^{-}. Com base nos seus conhecimentos acerca de equilíbrio químico, responda.
\mathrm{Cl}_{2}(\mathrm{~g})+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightleftharpoons \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{HClO}(\mathrm{aq})+\mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq})
a) Escreva a expressão da constante de equilíbrio para a reação acima.
b) Descreva detalhadamente ao menos duas hipóteses para o consumo do ácido hipocloroso formado na reação.

Passo 1

O enunciado trata do equilíbrio químico do desproporcionamento do gás cloro em água, segundo a reação
\mathrm{Cl}_{2}(g) + 2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}(l) \rightleftharpoons \mathrm{H}_{3}\mathrm{O}^{+}(aq) + \mathrm{HClO}(aq) + \mathrm{Cl}^{-}(aq).
O conteúdo envolve a definição de constante de equilíbrio (usando atividades ou concentrações) e mecanismos de consumo do ácido hipocloroso formado.

Passo 2

Escrevemos a constante de equilíbrio em termos de atividades a_i. Como a água líquida é pura, a_{\mathrm{H_2O}}=1. Logo
K \;=\;\frac{a_{\mathrm{H_3O^+}}\;a_{\mathrm{HClO}}\;a_{\mathrm{Cl^-}}}{a_{\mathrm{Cl_2}}\,a_{\mathrm{H_2O}}^{2}} \;=\;\frac{a_{\mathrm{H_3O^+}}\;a_{\mathrm{HClO}}\;a_{\mathrm{Cl^-}}}{a_{\mathrm{Cl_2}}}.
Substituindo atividades approximadas por concentrações e pressão parcial do gás, obtemos
K \approx \frac{[\mathrm{H_3O^+}]\,[\mathrm{HClO}]\,[\mathrm{Cl^-}]}{P_{\mathrm{Cl_2}}}\,.

Passo 3

Primeira hipótese de consumo de \mathrm{HClO}: dissociação ácida
\mathrm{HClO}(aq) + \mathrm{H_2O}(l) \rightleftharpoons \mathrm{H_3O^+}(aq) + \mathrm{ClO^-}(aq)\,,
pois \mathrm{HClO} é um ácido fraco que se ioniza parcialmente, diminuindo sua concentração livre.

Passo 4

Segunda hipótese de consumo de \mathrm{HClO}: reação com íons cloreto para regenerar cloro
\mathrm{HClO}(aq) + \mathrm{Cl^-}(aq) + \mathrm{H^+}(aq) \;\longrightarrow\; \mathrm{Cl_2}(g) + \mathrm{H_2O}(l),
o que retira \mathrm{HClO} do equilíbrio ao formar novamente \mathrm{Cl_2}.

Resposta

a)
K \;=\;\frac{a_{\mathrm{H_3O^+}}\;a_{\mathrm{HClO}}\;a_{\mathrm{Cl^-}}}{a_{\mathrm{Cl_2}}} \approx \frac{[\mathrm{H_3O^+}]\,[\mathrm{HClO}]\,[\mathrm{Cl^-}]}{P_{\mathrm{Cl_2}}}.
b) Duas hipóteses para o consumo de \mathrm{HClO}:
  1. Dissociação ácida
\mathrm{HClO} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{H_3O^+} + \mathrm{ClO^-}.
  1. Reação com \mathrm{Cl^-} e \mathrm{H^+} regenerando \mathrm{Cl_2}
\mathrm{HClO} + \mathrm{Cl^-} + \mathrm{H^+} \longrightarrow \mathrm{Cl_2} + \mathrm{H_2O}.

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