A reação \mathrm{C}(\mathrm{s})+\mathrm{CO}_{2}(\mathrm{~g}) \rightleftharpoons 2 \mathrm{CO}(\mathrm{g}) ocorre a altas temperaturas. \mathrm{A} 700^{\circ} \mathrm{C}, um frasco de 2,0 \mathrm{~L} contém 0,10 mol de CO, a 0,20 \mathrm{~mol} de \mathrm{CO}_{2} e 0,40 \mathrm{~mol} de C em equilíbrio:
a. Calcule K para a reação
b. Calcule k para a reação, a 700^{\circ} \mathrm{C} se as quantias em equilíbrio no frasco de 2,0 \mathrm{~L} são 0,1 \mathrm{~mol} de \mathrm{CO}, 0,20 mol de \mathrm{CO}_{2} e 0,8 \mathrm{~mol} de C
c. A quantidade de carbono afeta o valor de k ? Explique.

Passo 1

O enunciado trata de equilíbrio químico da reação
\mathrm{C(s)}+\mathrm{CO}_2\mathrm{(g)}\rightleftharpoons 2\,\mathrm{CO}\mathrm{(g)}
e pede o valor da constante de equilíbrio K a 700^\circ\mathrm C. Vamos usar a lei de ação das massas, lembrando que sólido puro não entra na expressão de K.

Passo 2

A constante de equilíbrio em termos de concentrações é
K \;=\;\frac{[\mathrm{CO}]^{2}}{[\mathrm{CO}_2]}
onde [\mathrm{CO}] e [\mathrm{CO}_2] são as concentrações em mol/L dos gases em equilíbrio.

Passo 3

No item (a) temos em equilíbrio num frasco de 2{,}0\:\mathrm L:
\,n_{\mathrm{CO}}=0{,}10\:\mathrm{mol},
\,n_{\mathrm{CO}_2}=0{,}20\:\mathrm{mol}.
Logo as concentrações são
[\mathrm{CO}]=\frac{0{,}10}{2{,}0}=0{,}050\:\mathrm M \quad\text{e}\quad [\mathrm{CO}_2]=\frac{0{,}20}{2{,}0}=0{,}10\:\mathrm M.

Passo 4

Substituindo na expressão de K:
K=\frac{(0{,}050)^{2}}{0{,}10} =\frac{0{,}0025}{0{,}10} =0{,}025.

Passo 5

No item (b) os valores de equilíbrio são n_{\mathrm{CO}}=0{,}10\:\mathrm{mol} e n_{\mathrm{CO}_2}=0{,}20\:\mathrm{mol} no mesmo volume. Assim
[\mathrm{CO}]=0{,}050\:\mathrm M, \quad [\mathrm{CO}_2]=0{,}10\:\mathrm M,
iguais aos do item (a).

Passo 6

Logo, ao recalcular K com esses valores, obtemos o mesmo resultado:
K=\frac{(0{,}050)^{2}}{0{,}10}=0{,}025.

Passo 7

Como o carbono está na fase sólida, sua atividade é considerada igual a 1 e não aparece na expressão de K. Portanto, a quantidade de carbono não afeta o valor da constante de equilíbrio.

Resposta

a) K=0{,}025
b) K=0{,}025
c) A quantidade de carbono não afeta K, pois o sólido puro não entra na expressão da constante de equilíbrio.

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