Exercícios resolvidos sobre equilíbrios químicos

Neste material, você irá acompanhar resoluções passo a passo e justificativas das respostas de diversos exercícios sobre equilíbrio químico, os quais abrangem vários tópicos desse importante ramo da Físico-Química.

1- Constante do equilíbrio em termos de concentração em mol/L

Exemplo: (PUC-RS) Um equilíbrio envolvido na formação da chuva ácida está representado pela equação:

Em um recipiente de um litro, foram misturados 6 mols de dióxido de enxofre e 5 mols de oxigênio. Depois de algum tempo, o sistema atingiu o equilíbrio, e o número de mols de trióxido de enxofre medido foi 4. O valor aproximado da constante de equilíbrio é:

a) 0,53

b) 0,66

c) 0,75

d) 1,33

e) 2,33

Resposta correta: Letra D

O exercício pede para calcular a constante de equilíbrio em termos de concentração mol/L. Para esse cálculo ser realizado, devemos utilizar valores no equilíbrio de cada participante da reação. A expressão do Kc apresenta o resultado da multiplicação das concentrações dos produtos dividido pelo produto das concentrações dos reagentes:

Devemos ter muito cuidado para determinar os valores de cada participante no equilíbrio, pois nem sempre o exercício fornecerá esses dados, como é o caso desse exemplo. Assim, devemos seguir os passos abaixo:

Passo 1: Montar uma tabela com os valores conhecidos.

Por ser o início da reação, o produto irá apresentar uma concentração igual a zero. Como o valor do equilíbrio no produto é sempre igual à soma do início e do durante, o valor durante a reação será 4 mol/L.

Passo 2: Determinar os valores durante a reação.

Para determinar os valores dos reagentes durante a reação, basta relacionarmos o valor conhecido para o produto com os valores dos reagentes por meio da proporção estequiométrica. Temos 4 mol/L de SO₃ durante a reação para a proporção 2 no balanceamento. Como a proporção do SO₂ também é 2, teremos 4mol/L durante o processo. Para o O₂, teremos apenas 2 mol/L, pois seu coeficiente estequiométrico é 1.

Para finalizar a tabela, basta subtrairmos o valor do início pelo valor do durante, pois, assim, determinaremos os valores do equilíbrio para os reagentes.

Passo 3: Determinar o valor do Kc.

Para determinar o valor do Kc, basta utilizarmos os valores encontrados no equilíbrio na expressão abaixo:

2- Constante do equilíbrio em termos de pressão parcial

Exemplo: (SANTOS-SP) Observe a equação de equilíbrio abaixo:

Quando o equilíbrio acima é alcançado, a pressão é 2 atm e há 50% de NO₂ em volume. O valor da constante de equilíbrio em pressões parciais (Kp) deve ser:

a) 0,2

b) 0,25

c) 1

d) 0,5

e) 0,75

Resposta correta: Letra C

O exercício indica que a pressão total do sistema no equilíbrio é de 2 atm e que há 50% (fração molar) de NO₂. Logo, inicialmente, devemos determinar a pressão parcial para cada gás no equilíbrio por meio da multiplicação da pressão total pela fração molar:

• Para o NO₂:

pNO₂ = 0,5 . 2

pNO₂ = 1 atm

• Para o N₂O₄: como no sistema existem apenas dois gases, a porcentagem do N₂O₄ também será de 50% para resultar um total de 100%.

pN₂O₄ = 0,5 . 2

pN₂O₄ = 1 atm

A constante de equilíbrio, em termos de pressões parciais, é calculada dividindo o resultado da multiplicação das pressões parciais dos produtos gasosos pelo produto das pressões dos reagentes gasosos. No caso, a expressão do Kp será:

3- Deslocamento do equilíbrio

Exemplo: (PUCCAMP) A formação de estalactites, depósitos de carbonato de cálcio existentes em cavernas próximas a regiões ricas em calcário, pode ser representada pela seguinte reação reversível:

Observe as seguintes condições :

I. Evaporação constante da água

II. Corrente de ar frio e úmido

III. Elevação da temperatura no interior da caverna

IV. Abaixamento da temperatura no interior da caverna

Quais dessas condições favorecem a formação de estalactites?

a) I e II

b) I e III

c) II e III

d) II e IV

e) III e IV

Resposta correta: Letra B

As estalactites são estruturas formadas por carbonato de cálcio (CaCO₃). O enunciado questiona quais das condições indicadas favorecem a formação de estalactites. Trata-se, portanto, de um exercício sobre deslocamento de equilíbrio, pois a formação do CaCO₃ ocorre quando o equilíbrio é deslocado para seu sentido (para a esquerda).

I- Verdadeira, pois, ao evaporar, a quantidade de água (presente à esquerda do equilíbrio) diminui. De acordo com o princípio de Le Chatelier, quando a concentração de um participante diminui, o equilíbrio sempre desloca para seu lado.

II- Falsa, pois as cavernas são lugares frios e úmidos, logo a reação direta de formação das estalactites é exotérmica. Se uma corretente de ar frio e úmido, que favorece o processo exotérmico e aumenta a quantidade de água, entrar na caverna, a reação será deslocada no sentido direto, não favorecendo a formação das estalactites.

III- Verdadeira, pois, como as cavernas são lugares frios e úmidos e a reação direta é exotérmica, se a temperatura na caverna aumentar, a reação será deslocada no sentido indireto (endotérmico), o que favorecerá a formação das estalactites.

IV- Falsa, pois, como as cavernas são lugares frios e úmidos e a reação direta é exotérmica, se a temperatura na caverna diminuir, a reação será deslocada no sentido direto (exotérmico), o que não favorecerá a formação das estalactites.

Veja também: Equilíbrio químico nas cavernas

4- Constante de ionização

Exemplo: (UECE) A concentração [H⁺] de uma solução 6×10^-7 mol/litro do ácido H₂S, com uma constante de ionização Ki de 10^-7, é igual a:

a) 5×10^-7 mols/litro

b) 6×10^-7 mols/litro

c) 3×10^-6 mols/litro

d)2×10^-7 mols/litro

Resposta correta: Letra D

Como temos apenas um ácido ou uma base, trata-se de um exercício sobre constante de ionização (Ki). Assim, para resolver esse tipo de questão, devemos conhecer as concentrações dos íons e do eletrólito (ácido ou base).

Para iniciarmos a resolução de um exercício sobre constante de ionização, devemos usar a equação de ionização do ácido (no caso do exercício, H₂S) ou da base.

De acordo com a equação montada, a concentração de H⁺ é igual à de HS^- no equilíbrio em decorrência da proporção estequiométrica. Como não conhecemos esses valores, utilizaremos x para ambas as concentrações.

Obs.: podemos utilizar x para ambas as concentrações porque estamos tratando do produto.

Passo 1: Montar a expressão do Ki.

A montagem da expressão da constante do equilíbrio de ionização segue o mesmo princípio da constante em termos de concentração em mol/L.

Passo 2: Utilizar os valores fornecidos pelo exercício na expressão do Ki montada.

Passo 3: Calcular o valor de delta.

Passo 4: Calcular o valor x possível para o delta encontrado.

• Para x1

Obs.: a concentração não pode ser negativa. Assim, esse valor não é válido.

• Para x2

5- Lei de diluição de Ostwald

Exemplo: (ITA) Numa solução aquosa 0,100 mol/L de um ácido monocarboxílico a 25°C, o ácido está 3,7% dissociado após o equilíbrio ter sido atingido. Assinale a opção que contém o valor correto da constante de dissociação desse ácido nessa temperatura.

a) 1,4

b) 1,4×10^-3

c) 1,4×10^-4

d) 3,7×10^-2

e) 3,7×10^-4

Resposta correta: Letra C

Por meio da lei de diluição de Ostwald, calculamos a constante de ionização (Ki) de um eletrólito forte (α é maior que 5%) por meio da fórmula:

Para calcularmos a contante de ionização de um eletrólito fraco (α é menor que 5%), usamos a seguinte fórmula:

Um exercício sobre a lei de diluição de Ostwald é facilmente reconhecido por apresentar uma concentração em mol/L (no caso 0,100 mol/L) de um único eletrólito (ácido monocarboxílico), uma porcentagem de dissociação (α = 3,7%) ou a constante de dissociação ou ionização (Ki).

Como o ácido é fraco, logo:

6- Equilíbrio químico envolvendo pH e pOH

Exemplo: (PUC-MG) Em três recipientes X, Y e Z estão contidas soluções básicas desconhecidas de concentração 0,1 mol/L. Medindo o pH das três soluções com papel indicador universal, obtiveram-se os seguintes valores, respectivamente: pH = 8, pH = 10 e pH = 13. Assinale a afirmativa CORRETA:

a) A concentração de OH^- da base Z é igual a 10^-13 mol/L.

b) Kb da base X é maior que Kb da base Y.

c) A base Y conduz melhor a corrente elétrica do que a base Z.

d) A base X está completamente ionizada.

e) No frasco Z, está contida uma base forte.

Resposta correta: Letra E

Para iniciar a resolução desse exercício, é necessário lembrar alguns pontos importantes:

• Primeiro: pH + pOH = 14

• Segundo: quanto maior o pH, com relação ao valor 7, mais básica será a solução. Quanto mais básica for a solução, maior será a concentração de ânions hidróxido [OH^-].

• Terceiro: [OH^-] = 10^-pOH

• Quarto: quanto menor o pOH, maior será o Kb, ou seja, mais ionizada ou dissociada será a base.

Assim, com base nesses conhecimentos, basta seguirmos o passo a passo abaixo para resolver a questão:

Passo 1: Determinar o pOH de cada uma das soluções.

Para solução X:

pH + pOH = 14

8 + pOH = 14

pOH = 14 – 8

pOH = 6

Para solução Y:

pH + pOH = 14

10+ pOH = 14

pOH = 14 – 10

pOH = 4

Para solução Z:

pH + pOH = 14

13 + pOH = 14

pOH = 14 – 13

pOH = 1

Passo 2: Para julgarmos a alternativa A, devemos determinar a concentração de hidróxido para a solução Z.

[OH^-] = 10^-pOH

[OH^-] = 10^-1 mol/L,

Logo, a alternativa A é falsa.

Passo 3: Comparar o Kb da base X com o da base Y.

O Kb da base X é menor que o Kb da base Y, porque seu pOH é maior. Logo, a alternativa B é falsa.

Passo 4: Associar o pOH com força e dissociação.

A condução de corrente elétrica ocorre melhor em soluções que possuem um eletrólito forte de maior pOH. A base Y não conduz melhor a corrente elétrica do que a base Z, porque seu pOH é menor, logo menos íons são liberados. Assim, a alternativa C é falsa.

Passo 5: Relacionar pOH com dissociação.

Quanto menor o pOH, mais dissociada é a base. Como a solução de maior pOH está no recipiente X, nele está a solução menos dissociada. Por isso, a alternativa D é falsa.

Veja também: O pH da boca e a deterioração dos dentes

7- Solução-tampão

Exemplo: (UFES) O pH do sangue humano é mantido dentro de um estreito intervalo (7,35 - 7,45) por diferentes sistemas tamponantes. Aponte a única alternativa que pode representar um desses sistemas tamponantes:

a) CH₃COOH / NaCl

b) HCl / NaCl

c) H₃PO₄ / NaNO₃

d) KOH / KCl

e) H₂CO₃ / NaHCO₃

A resposta para essa questão é a alternativa E, porque se trata de um exercício sobre solução-tampão ou sistema tamponante. Essa solução remete a um equilíbrio químico formado por uma mistura de duas soluções: um ácido (no exercício, o H₂CO₃) ou base fracos e um sal que apresente um mesmo componente do ácido (no exercício, o NaHCO₃) ou da base.

a- Falsa, porque é uma mistura formada por um ácido fraco e um sal que não apresenta componente do ácido.

b- Falsa, porque é uma mistura formada por um ácido forte, já que o HCl é um dos três hidrácidos fortes (os outros são HBr e HI).

c- Falsa, porque é uma mistura formada por um ácido moderado e um sal que não apresenta componente do ácido.

d- Falsa, porque é uma mistura formada por uma base forte (apresenta elemento da família dos metais alcalinos).

Veja também: Solução-tampão no sangue humano

 

Por Me. Diogo Lopes Dias