LISTA13-TERMO_E_EQUILIBRIO

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LISTA QUÍMICA GERAL 13 – TERMODINÂMICA E EQUILÍBRIO 
Profa Fatima Ventura Pereira Meirelles
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1 – P3180605 - Em uma experiência, 2,00 mol de NOCl são colocados em um balão de 1,00 L, a 25 °C. Quando o equilíbrio foi alcançado, 33,0 % do NOCl foi decomposto segundo a reação abaixo:
2 NOCl(g) ( 2 NO(g) + Cl2(g)
a) Calcule o valor de Kp para esta reação.
b) Calcule o valor de (G( para a reação. O que é possível dizer a respeito da espontaneidade da reação?
c) Determine a pressão total do sistema no equilíbrio.
2 – P3191105 - Nos livros de química os nitratos são classificados como sais muito solúveis. No entanto, esta regra é genérica não se aplicando a alguns casos específicos como o nitrato de bário, Ba(NO3)2. Usando os dados termodinâmicos de dissolução do sal Ba(NO3)2, responda as questões abaixo:
	Sal
	(H0 (kJ/mol)
	(S0 (J/K mol)
	Ba(NO3)2
	35,7
	88,6
a) Determine o produto de solubilidade do sal Ba(NO3)2 a 250C.
b) Comparando o resultado do item (a) com o Kps do BaSO4 que é 2,6 x 10-9, diga qual dos dois sais é mais solúvel. Justifique sua resposta.
c) À uma solução saturada de Ba(NO3)2 foi adicionado um volume igual de solução de KNO3 10 mol L-1 a 25 °C. Considerando a ionização do KNO3 igual a 100%, calcule a concentração molar do íon Ba2+(aq) na solução resultante.
3 – P4031205 -A partir da reação abaixo, a 25oC, com seus respectivos valores de ΔHo e ΔSo responda:
C2H4 (g) + 3 O2 (g)  2CO2 (g) + 2 H2O (g) ΔHo = – 1323 kJ; ΔSo = – 30 J. K-1
a) Calcule o ΔGo da reação e sua constante de equilíbrio, Kp.
b) Utilizando cálculos indique a direção em que a reação é espontânea quando as pressões são as seguintes: 
 = 0,010 atm ; 
= 0,020 atm; 
 = 20 atm ; e 
= 0,010 atm
c) Calcule a temperatura em que esta reação vem a ser não-espontânea? Comente o resultado baseado nos valores termodinâmicos da reação.
Obs.: considere que ΔHo e ΔSo não variam com a temperatura.
4 – P2200506 - Em uma das etapas da síntese comercial do ácido sulfúrico tem-se a seguinte reação:
2 SO2 (g) + O2(g) 2 SO3 (g)
a) Calcule o valor da constante de equilíbrio, Kp, da reação acima, nas condições padrão. 
b) Considerando um reator de 2,50 L a 25 °C, diga em que direção a reação acima ocorrerá no momento em que a composição da mistura reacional for 0,40 mol de SO2 , 0,18 mol de O2 e 0,72 mol de SO3 .
c) Usando o princípio de Le Châtelier, diga o que acontece com a concentração de SO3 quando há um aumento de temperatura. Justifique.
d) Qual é o efeito do aumento da temperatura e da presença de um catalisador na energia de ativação?
e) O que ocorre com a constante de equilíbrio na presença de um catalisador? Comente.
Dados:
	Substância
	ΔHof (kJ mol-1)
	So (J K-1 mol-1)
	SO2 (g)
	-296,8
	248,1
	O2 (g)
	0
	205,0
	SO3 (g)
	-395,7
	256,6
5 – P3150609 - A síntese do metanol, CH3OH, é feita a partir da reação entre o monóxido de carbono, CO, e o hidrogênio, H2, conforme a equação abaixo:
CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)		Kp = 2,2 x 104, 25 °C		
Kp = 8,6 x 10-3, 227 °C
a) Calcule a variação de entalpia padrão, (Hº, para a reação a 25 °C.
b) Calcule o valor da variação de energia livre de Gibbs padrão, (G°, a 25 °C e a 227 °C.
c) Em escala industrial, esta reação usualmente é realizada a 500 K com as pressões parciais de CO e de H2 controladas. Tomando como referência o valor de Kp nesta temperatura, diga se a reação será espontânea abaixo ou acima desse valor.
Obs. considere que (H° e (S° não variam com a temperatura.
1 - Resolução:
1 a) Quando 33,0% do NOCl decompõe, sobram 67,0 % ou seja 1,34 mol.
 2 NOCl ( 2 NO + Cl2
	Início
	2,00
	0
	0
	(
	-2x
	2x
	x
	Equilíbrio
	1,34
	0,66
	0,33
 		
Sendo Kp = Kc (R T)(n como (n = 1, tem-se que Kp= 0,081 (0,082 x 298) = 1,98
b) (G(= -RT ln Kp
(G(= -8,314 x 298 x ln 1,98 = -1662,4 J.
A reação é espontânea a 25 °C porque (G( é menor que zero.
c) O número total de mol encontrados no equilíbrio é 1,34 + 0,66 + 0,33 = 2,33
PV = nRT
P x 1,00 L = 2,33 x 0,0821 x 298
P = 56,9 atm
2 a) (G( = (H( - T(S( =35,7 – 298 . 88,6 .10-3 = 9,3 kJ/mol	(	(G( = -RT ln Kps
9,3.103 = - 8,314.298.ln Kps ( Kps = 2,3.10-2
b) Ba(NO3)2  Ba2+(aq) + 2 NO3-(aq)
 s 2s
BaSO4 ( Ba2+(aq) + SO42-(aq)
 s s
 
O sulfato de bário é o sal mais insolúvel. Isto pode ser observado comparando os valores de solubilidade dos dois sais.
c) Ba(NO3)2 ( Ba2+(aq) + 2 NO3-(aq)
 2 x 0,180
Kps = [Ba2+][NO3-]2 ( [Ba2+] = 
[NO3-]total = 5 + <<<0,36 ( 5
3a (G( = (H( - T(S( = - 1323 – { 298.(-0,03)}
 (G(= - 1314 kJ = -2,303 RT log Kp
 -1314 = - 2,303 x 8,314 x 10-3 . 298 log Kp
230 = log Kp ( Kp = 10230
b) 1ª maneira 
	
 Como Kp >> Qp a reação deverá ir para a direita
2ª maneira	(G = (G( +2,303 RT log Q 
(G = -1314 + 2,303 x 8,314 x 10-3 x 298 log (500.000) = - 1314 + 32,52 = - 1281
Como (G < 0 a reação é espontânea e deverá ir para a direita
c) (G( = (H( - T(S(
4 (H°Reação= (n (H°f P - (n (H°f R
	 =[2x(-395,7]-[2x(-296,8)] =
	 (-791,4)-(-593,6) = -197,8 kJ
(S°Reação= [2x(256,6)]-[(205,0) + (2x(248,1)] = [513,2]-[701,2] = -188J/K = -0,188kJ/K
(G° = (H° -T(S°= -197,8-(298.(-0,188)=
 = -197,8 + 56,0 = -141,8 kJ
(G° = -2.303 RT log Kp
-141,8 = - 2.303 x 8,314 x 10-3 . 298 log Kp
 24,85 = log Kp( Kp = 1024,85 = 7,1 x 1024
b)
Logo a reação irá para a direita
Ou (G = (G°+ 2,303 RT log Qp
 = -141,8 + 2,303 . 8,31 x 10-3 . 298 log 1,85
 = - 141,8 + 1,52 = - 140,3 <0
c) aumentando a temperatura favorece a reação endotérmica (reação inversa). Para favorecer a reação exotérmica (reação para a direita) é necessária baixas temperaturas. Portanto esta mistura em equilíbrio terá baixas concentrações de SO3 a altas temperaturas; isto é a conversão de SO2 para SO3 é mais favorecida a baixas temperaturas.
d) A energia de ativação continua a mesma com o aumento da temperatura. A presença do catalisador baixa a energia de ativação mudando o mecanismo e a velocidade da reação.
e) Não é alterada. 
A adição de um catalisador na reação aumenta ambas as constantes de velocidade, kd e kc. Como kd e kc aumentam pelo mesmo fator, a sua razão kd/kc que é o valor da constante de equilíbrio não é alterada.
5 - Resolução:
a) Ln(Kp)2 – Ln(Kp)1 = (∆H° / R) x (1/T1 – 1/T2)
Ln(8,6x10-3) – Ln(2,2x104) = (∆H° / 8,314) x (1/298 – 1/500)
-14,75 = (∆H° / 8,314) x 0,001356
∆H° = -90456 J mol-1
∆H° = -90,5 kJ mol-1
b) ∆G° = - RT x Ln(Kp)
A 25°C:	∆G° = - 8,314 x 298 x Ln(2,2x104)
		∆G° = - 24773 J mol-1
∆G° = -24,8 kJ mol-1
A 227°C: 	∆G° = - 8,314 x 500 x Ln(8,6x10-3)
		∆G° = + 19771 J mol-1
∆G° = 19,8 kJ mol-1
c) Para a reação ser espontânea, ∆G < 0
∆G = ∆G° + RT x Ln(Q) < ∆G° + RT x Ln(Kp)
Ln(Q) < Ln(Kp)
Q < Kp
A reação será espontânea abaixo do valor de Kp.
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