13.E: Conceitos fundamentais de equilíbrio (exercícios)

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13.1: Exercícios de equilíbrio químico

Q13.1.1

O que significa descrever uma reação como “reversível”?

S13.1.1

A reação pode prosseguir nas direções para frente e para trás.

Q13.1.2

Ao escrever uma equação, como uma reação reversível se distingue de uma reação não reversível?

Q13.1.3

Se uma reação é reversível, quando se pode dizer que ela atingiu o equilíbrio?

S13.1.3

Quando um sistema atinge o equilíbrio, nenhuma outra alteração nas concentrações do reagente e do produto ocorre; as reações continuam ocorrendo, mas em taxas equivalentes.

Q13.1.4

Um sistema está em equilíbrio se as constantes de taxa das reações direta e reversa forem iguais?

Q13.1.5

Se as concentrações de produtos e reagentes forem iguais, o sistema está em equilíbrio?

S 13.1.5

O conceito de equilíbrio não implica concentrações iguais, embora seja possível.

13.2: Exercícios de equilíbrio constante

Q13.2.1

Explique por que pode haver um número infinito de valores para o quociente de reação de uma reação em uma determinada temperatura, mas só pode haver um valor para a constante de equilíbrio nessa temperatura.

Q13.2.2

Explique por que um equilíbrio entre Br ₂ (l) e Br ₂ (g) não seria estabelecido se o recipiente não fosse um recipiente fechado mostrado abaixo:

S13.2.2

O equilíbrio não pode ser estabelecido entre a fase líquida e a fase gasosa se a tampa for removida da garrafa porque o sistema não está fechado; um dos componentes do equilíbrio, o vapor Br ₂, escaparia da garrafa até que todo o líquido desapareça. Assim, mais líquido evaporaria do que pode se condensar da fase gasosa para a fase líquida.

Q13.2.3

Se você observar a seguinte reação em equilíbrio, é possível dizer se a reação começou com NO ₂ puro ou com N ₂ O ₄ puro?

\[\ce{2NO2}(g) \rightleftharpoons \ce{N2O4}(g)\]

Q13.2.4

Entre as regras de solubilidade discutidas anteriormente está a declaração: Todos os cloretos são solúveis, exceto Hg ₂ _{Cl 2}, AgCl, PbCl ₂ e CuCl.

Q13.2.5

(a) Escreva a expressão para a constante de equilíbrio da reação representada pela equação\(\ce{AgCl}(s) \rightleftharpoons \ce{Ag+}(aq)+\ce{Cl-}(aq)\). K _c é > 1, < 1 ou ≈ 1? Explique sua resposta.
(b) Escreva a expressão para a constante de equilíbrio para a reação representada pela equação\(\ce{Pb^2+}(aq)+\ce{2Cl-}(aq) \rightleftharpoons \ce{PbCl2}(s)\). K _c é > 1, < 1 ou ≈ 1? Explique sua resposta.

S 13.2.5

(a) K _c = [Ag ⁺] [Cl ⁻] < 1. O AgCl é insolúvel; portanto, as concentrações de íons são muito menores que 1 M; (b)\(K_c=\ce{\dfrac{1}{[Pb^2+][Cl- ]^2}}\) > 1 porque o PbCl ₂ é insolúvel e a formação do sólido reduzirá a concentração de íons a um nível baixo (<1 M).

Q13.2.6

Entre as regras de solubilidade discutidas anteriormente está a declaração: Carbonatos, fosfatos, boratos e arsenatos - exceto os do íon amônio e dos metais alcalinos - são insolúveis.

Escreva a expressão para a constante de equilíbrio da reação representada pela equação\(\ce{CaCO3}(s) \rightleftharpoons \ce{Ca^2+}(aq)+\ce{CO3-}(aq)\). K _c é > 1, < 1 ou ≈ 1? Explique sua resposta.
Escreva a expressão para a constante de equilíbrio da reação representada pela equação\(\ce{3Ba^2+}(aq)+\ce{2PO4^3-}(aq) \rightleftharpoons \ce{Ba3(PO4)2}(s)\). K _c é > 1, < 1 ou ≈ 1? Explique sua resposta.

Q13.2.7

O benzeno é um dos compostos usados como potenciadores de octano na gasolina sem chumbo. É fabricado pela conversão catalítica de acetileno em benzeno:\(\ce{3C2H2}(g)⟶\ce{C6H6}(g)\). Qual valor de K _c tornaria essa reação mais útil comercialmente? K _c ≈ 0,01, K _c ≈ 1 ou K _c ≈ 10. Explique sua resposta.

S13.2.7

Uma vez que\(K_c=\ce{\dfrac{[C6H6]}{[C2H2]^3}}\), um valor de K _c ≈ 10 significa que C ₆ H ₆ predomina sobre C ₂ H ₂. Nesse caso, a reação seria comercialmente viável se a taxa de equilíbrio fosse adequada.

Q13.2.8

Mostre que a equação química completa, a equação iônica total e a equação iônica líquida para a reação representada pela equação\(\ce{KI}(aq)+\ce{I2}(aq) \rightleftharpoons \ce{KI3}(aq)\) dão a mesma expressão para o quociente de reação. KI ₃ é composto pelos íons K ⁺ e I ₃ ⁻.

Q13.2.9

Para que uma titulação seja efetiva, a reação deve ser rápida e o rendimento da reação deve ser essencialmente de 100%. K _c > 1, < 1 ou ≈ 1 para uma reação de titulação?

S13.2.9

K _c > 1

Q13.2.10

Para que uma reação de precipitação seja útil em uma análise gravimétrica, o produto da reação deve ser insolúvel. K _c > 1, < 1 ou ≈ 1 para uma reação de precipitação útil?

Q13.2.11

Escreva a expressão matemática para o quociente de reação, Q _c, para cada uma das seguintes reações:

\(\ce{CH4}(g)+\ce{Cl2}(g) \rightleftharpoons \ce{CH3Cl}(g)+\ce{HCl}(g)\)
\(\ce{N2}(g)+\ce{O2}(g) \rightleftharpoons \ce{2NO}(g)\)
\(\ce{2SO2}(g)+\ce{O2}(g) \rightleftharpoons \ce{2SO3}(g)\)
\(\ce{BaSO3}(s) \rightleftharpoons \ce{BaO}(s)+\ce{SO2}(g)\)
\(\ce{P4}(g)+\ce{5O2}(g) \rightleftharpoons \ce{P4O10}(s)\)
\(\ce{Br2}(g) \rightleftharpoons \ce{2Br}(g)\)
\(\ce{CH4}(g)+\ce{2O2}(g) \rightleftharpoons \ce{CO2}(g)+\ce{2H2O}(l)\)
\(\ce{CuSO4⋅5H2O}(s) \rightleftharpoons \ce{CuSO4}(s)+\ce{5H2O}(g)\)

S13.2.11

(a)\(Q_c=\ce{\dfrac{[CH3Cl][HCl]}{[CH4][Cl2]}}\); (b)\(Q_c=\ce{\dfrac{[NO]^2}{[N2][O2]}}\); (c)\(Q_c=\ce{\dfrac{[SO3]^2}{[SO2]^2[O2]}}\); (d)\(Q_c\) = [SO ₂]; (e)\(Q_c=\ce{\dfrac{1}{[P4][O2]^5}}\); (f)\(Q_c=\ce{\dfrac{[Br]^2}{[Br2]}}\); (g)\(Q_c=\ce{\dfrac{[CO2]}{[CH4][O2]^2}}\); (h)\(Q_c\) = [H ₂ O] ⁵

Q13.2.12

Escreva a expressão matemática para o quociente de reação, Q _c, para cada uma das seguintes reações:

\(\ce{N2}(g)+\ce{3H2}(g) \rightleftharpoons \ce{2NH3}(g)\)
\(\ce{4NH3}(g)+\ce{5O2}(g) \rightleftharpoons \ce{4NO}(g)+\ce{6H2O}(g)\)
\(\ce{N2O4}(g) \rightleftharpoons \ce{2NO2}(g)\)
\(\ce{CO2}(g)+\ce{H2}(g) \rightleftharpoons \ce{CO}(g)+\ce{H2O}(g)\)
\(\ce{NH4Cl}(s) \rightleftharpoons \ce{NH3}(g)+\ce{HCl}(g)\)
\(\ce{2Pb(NO3)2}(s) \rightleftharpoons \ce{2PbO}(s)+\ce{4NO2}(g)+\ce{O2}(g)\)
\(\ce{2H2}(g)+\ce{O2}(g) \rightleftharpoons \ce{2H2O}(l)\)
\(\ce{S8}(g) \rightleftharpoons \ce{8S}(g)\)

S13.2.12

As concentrações ou pressões iniciais dos reagentes e produtos são fornecidas para cada um dos seguintes sistemas. Calcule o quociente de reação e determine a direção na qual cada sistema prosseguirá para alcançar o equilíbrio.

\(\ce{2NH3}(g) \rightleftharpoons \ce{N2}(g)+\ce{3H2}(g) \hspace{20px} K_c=17\); [NH ₃] = 0,20 M, [N ₂] = 1,00 M, [H ₂] = 1,00 M
\(\ce{2NH3}(g) \rightleftharpoons \ce{N2}(g)+\ce{3H2}(g) \hspace{20px} K_P=6.8×10^4\); pressões iniciais: NH ₃ = 3,0 atm, N ₂ = 2,0 atm, H ₂ = 1,0 atm
\(\ce{2SO3}(g) \rightleftharpoons \ce{2SO2}(g)+\ce{O2}(g) \hspace{20px} K_c=0.230\); [SO ₃] = 0,00 M, [SO ₂] = 1,00 M, [O ₂] = 1,00 M
\(\ce{2SO3}(g) \rightleftharpoons \ce{2SO2}(g)+\ce{O2}(g) \hspace{20px} K_P=16.5\); pressões iniciais: SO ₃ = 1,00 atm, SO ₂ = 1,00 atm, O ₂ = 1,00 atm
\(\ce{2NO}(g)+\ce{Cl2}(g) \rightleftharpoons \ce{2NOCl}(g) \hspace{20px} K_c=4.6×10^4\); [NO] = 1,00 M, [Cl ₂] = 1,00 M, [NoCl] = 0 M
\(\ce{N2}(g)+\ce{O2}(g) \rightleftharpoons \ce{2NO}(g) \hspace{20px} K_P=0.050\); pressões iniciais: NO = 10,0 atm, N ₂ = O ₂ = 5 atm

S13.2.13

(a)\(Q_c\) 25 prossegue para a esquerda; (b) Q _P 0,22 prossegue para a direita; (c)\(Q_c\) indefinido prossegue para a esquerda; (d) Q _P 1.00 prossegue para a direita; (e) Q _P 0 prossegue para a direita; (f)\(Q_c\) 4 prossegue para a esquerda

Q13.2.14

\(\ce{2NH3}(g) \rightleftharpoons \ce{N2}(g)+\ce{3H2}(g) \hspace{20px} K_c=17\); [NH ₃] = 0,50 M, [N ₂] = 0,15 M, [H ₂] = 0,12 M
\(\ce{2NH3}(g) \rightleftharpoons \ce{N2}(g)+\ce{3H2}(g) \hspace{20px} K_P=6.8×10^4\); pressões iniciais: NH ₃ = 2,00 atm, N ₂ = 10,00 atm, H ₂ = 10,00 atm
\(\ce{2SO3}(g) \rightleftharpoons \ce{2SO2}(g)+\ce{O2}(g) \hspace{20px} K_c=0.230\); [SO ₃] = 2,00 M, [SO ₂] = 2,00 M, [O ₂] = 2,00 M
\(\ce{2SO3}(g) \rightleftharpoons \ce{2SO2}(g)+\ce{O2}(g) \hspace{20px} K_P=\mathrm{6.5\:atm}\); pressões iniciais: SO ₂ = 1,00 atm, O ₂ = 1,130 atm, SO ₃ = 0 atm
\(\ce{2NO}(g)+\ce{Cl2}(g) \rightleftharpoons \ce{2NOCl}(g) \hspace{20px} K_P=2.5×10^3\); pressões iniciais: NO = 1,00 atm, Cl ₂ = 1,00 atm, NoCl = 0 atm
\(\ce{N2}(g)+\ce{O2}(g) \rightleftharpoons \ce{2NO}(g) \hspace{20px} K_c=0.050\); [N ₂] = 0,100 M, [O ₂] = 0,200 M, [NÃO] = 1,00 M

Q13.2.15

A reação a seguir tem K _P = 4,50 × 10 ⁻⁵ a 720 K.

\[\ce{N2}(g)+\ce{3H2}(g) \rightleftharpoons \ce{2NH3}(g)\]

Se um recipiente de reação for preenchido com cada gás até as pressões parciais listadas, em que direção ele se deslocará para alcançar o equilíbrio? P (NH ₃) = 93 atm, P (N ₂) = 48 atm e P (H ₂) = 52

S13.2.15

O sistema mudará em direção aos reagentes para alcançar o equilíbrio.

Q13.2.16

Determine se o sistema a seguir está em equilíbrio. Se não, em qual direção o sistema precisará se deslocar para alcançar o equilíbrio?

\(\ce{SO2Cl2}(g) \rightleftharpoons \ce{SO2}(g)+\ce{Cl2}(g)\)

[SO ₂ Cl ₂] = 0,12 M, [Cl ₂] = 0,16 M e [SO ₂] = 0,050 M. K _c para a reação é 0,078.

Q13.2.17

Quais dos sistemas descritos em Exercício fornecem equilíbrios homogêneos? Quais fornecem equilíbrios heterogêneos?

S13.2.17

(a) homogêneo; (b) homogêneo; (c) homogêneo; (d) heterogêneo; (e) heterogêneo; (f) homogêneo; (g) heterogêneo; (h) heterogêneo

Q13.2.18

Quais dos sistemas descritos em Exercício fornecem equilíbrios homogêneos? Quais fornecem equilíbrios heterogêneos?

Q13.2.19

Para qual das reações no Exercício K _c (calculado usando concentrações) é igual a K _P (calculado usando pressões)?

S13.2.19

Essa situação ocorre em (a) e (b).

Q13.2.19

Para qual das reações no Exercício K _c (calculado usando concentrações) é igual a K _P (calculado usando pressões)?

Q13.2.20

Converta os valores de K _c em valores de K _P ou os valores de K _P em valores de K _c.

\(\ce{N2}(g)+\ce{3H2}(g) \rightleftharpoons \ce{2NH3}(g) \hspace{20px} K_c=\textrm{0.50 at 400°C}\)
\(\ce{H2 + I2 \rightleftharpoons 2HI} \hspace{20px} K_c=\textrm{50.2 at 448°C}\)
\(\ce{Na2SO4⋅10H2O}(s) \rightleftharpoons \ce{Na2SO4}(s)+\ce{10H2O}(g) \hspace{20px} K_P=4.08×10^{−25}\textrm{ at 25°C}\)
\(\ce{H2O}(l) \rightleftharpoons \ce{H2O}(g) \hspace{20px} K_P=\textrm{0.122 at 50°C}\)

S13.2.20

(a) K _P = 1,6 × 10 ⁻⁴; (b) K _P = 50,2; (c) K _c = 5,31 × 10 ⁻³⁹; (d) K _c = 4,60 × 10 ⁻³

Q13.2.21

Converta os valores de K _c em valores de K _P ou os valores de K _P em valores de K _c.

\(\ce{Cl2}(g)+\ce{Br2}(g) \rightleftharpoons \ce{2BrCl}(g) \hspace{20px} K_c=4.7×10^{−2}\textrm{ at 25°C}\)
\(\ce{2SO2}(g)+\ce{O2}(g) \rightleftharpoons \ce{2SO3}(g) \hspace{20px} K_P=\textrm{48.2 at 500°C}\)
\(\ce{CaCl2⋅6H2O}(s) \rightleftharpoons \ce{CaCl2}(s)+\ce{6H2O}(g) \hspace{20px} K_P=5.09×10^{−44}\textrm{ at 25°C}\)
\(\ce{H2O}(l) \rightleftharpoons \ce{H2O}(g) \hspace{20px} K_P=\textrm{0.196 at 60°C}\)

Q13.2.2

Qual é o valor da expressão da constante de equilíbrio para a mudança\(\ce{H2O}(l) \rightleftharpoons \ce{H2O}(g)\) a 30 °C?

S13.2.2

\[K_P=P_{\ce{H2O}}=0.042.\]

Q13.2.23

Escreva a expressão do quociente de reação para a ionização do HOCN na água.

Q13.2.24

Escreva a expressão do quociente de reação para a ionização de NH ₃ na água.

S13.2.24

\[Q_c=\ce{\dfrac{[NH4+][OH- ]}{[HN3]}}\]

Q13.2.25

Qual é o valor aproximado da constante de equilíbrio K _P para a mudança\(\ce{C2H5OC2H5}(l) \rightleftharpoons \ce{C2H5OC2H5}(g)\) a 25 °C. (A pressão de vapor foi descrita no capítulo anterior sobre líquidos e sólidos; consulte este capítulo para encontrar as informações relevantes necessárias para resolver esse problema.)

13.3: Exercícios de Shifting Equilbria

Q13.3.1

A equação a seguir representa uma decomposição reversível:

\(\ce{CaCO3}(s)\rightleftharpoons\ce{CaO}(s)+\ce{CO2}(g)\)

Sob quais condições a decomposição em um recipiente fechado será concluída para que nenhum CaCO ₃ permaneça?

S13.3.1

A quantidade de CaCO ₃ deve ser tão pequena que\(P_{\ce{CO2}}\) seja menor que K _P quando o CaCO ₃ estiver completamente decomposto. Em outras palavras, a quantidade inicial de CaCO ₃ não pode gerar completamente o\(P_{\ce{CO2}}\) necessário para o equilíbrio.

Q13.3.2

Explique como reconhecer as condições sob as quais as mudanças na pressão afetariam sistemas em equilíbrio.

Q13.3.3

Que propriedade de uma reação podemos usar para prever o efeito de uma mudança na temperatura no valor de uma constante de equilíbrio?

S13.3.3

A mudança na entalpia pode ser usada. Se a reação for exotérmica, o calor produzido pode ser considerado um produto. Se a reação for endotérmica, o calor adicionado pode ser considerado um reagente. O calor adicional transferiria uma reação exotérmica de volta para os reagentes, mas mudaria uma reação endotérmica para os produtos. O resfriamento de uma reação exotérmica faz com que a reação se desloque para o lado do produto; o resfriamento de uma reação endotérmica faria com que ela se deslocasse para o lado dos reagentes.

Q13.3.4

O que aconteceria com a cor da solução na parte (b) da Figura se uma pequena quantidade de NaOH fosse adicionada e o Fe (OH) 3 precipitasse? Explique sua resposta.

Q13.3.5

A seguinte reação ocorre quando um queimador de um fogão a gás está aceso:

\(\ce{CH4}(g)+\ce{2O2}(g)\rightleftharpoons\ce{CO2}(g)+\ce{2H2O}(g)\)

Um equilíbrio entre CH ₄, O ₂, CO ₂ e H ₂ O é estabelecido nessas condições? Explique sua resposta.

S 13.3.5

Não, não está em equilíbrio. Como o sistema não está confinado, os produtos escapam continuamente da região da chama; os reagentes também são adicionados continuamente do queimador e da atmosfera circundante.

Q13.3.6

Uma etapa necessária na fabricação do ácido sulfúrico é a formação do trióxido de enxofre, SO3, a partir do dióxido de enxofre, SO2 e oxigênio, O2, mostrados aqui. Em altas temperaturas, a taxa de formação de\(\ce{SO3 }\) é maior, mas a quantidade de equilíbrio (concentração ou pressão parcial) de SO3 é menor do que seria em temperaturas mais baixas.

\[\ce{2SO2}(g)+\ce{O2}(g)⟶\ce{2SO3}(g)\]

(a) A constante de equilíbrio para a reação aumenta, diminui ou permanece aproximadamente a mesma à medida que a temperatura aumenta?
(b) A reação é endotérmica ou exotérmica?

Q13.3.7a

Sugira quatro maneiras pelas quais a concentração de hidrazina, N ₂ H ₄, poderia ser aumentada em um equilíbrio descrito pela seguinte equação:

\[\ce{N2}(g)+\ce{2H2}(g)\rightleftharpoons\ce{N2H4}(g) \hspace{20px} ΔH=\ce{95\:kJ}\]

S 13.3.7a

Adicione N ₂; adicione H ₂; diminua o volume do recipiente; aqueça a mistura.

Q13.3.7 b

Sugira quatro maneiras pelas quais a concentração de PH ₃ poderia ser aumentada em um equilíbrio descrito pela seguinte equação:

\[\ce{P4}(g)+\ce{6H2}(g)\rightleftharpoons\ce{4PH3}(g) \hspace{20px} ΔH=\mathrm{110.5\:kJ}\]

Q13.3.8

Como um aumento na temperatura afetará cada um dos seguintes equilíbrios? Como uma diminuição no volume do vaso de reação afetará cada um?

\(\ce{2NH3}(g)\rightleftharpoons\ce{N2}(g)+\ce{3H2}(g) \hspace{20px} ΔH=\mathrm{92\:kJ}\)
\(\ce{N2}(g)+\ce{O2}(g)\rightleftharpoons\ce{2NO}(g) \hspace{20px} ΔH=\mathrm{181\:kJ}\)
\(\ce{2O3}(g)\rightleftharpoons\ce{3O2}(g) \hspace{20px} ΔH=\mathrm{−285\:kJ}\)
\(\ce{CaO}(s)+\ce{CO2}(g)\rightleftharpoons\ce{CaCO3}(s) \hspace{20px} ΔH=\mathrm{-176\:kJ}\)

S13.3.8

(a) ΔT aumento = deslocamento para a direita, ΔP aumento = deslocamento para a esquerda; (b) ΔT aumento = deslocamento para a direita, ΔP aumento = sem efeito; (c) ΔT aumento = deslocamento para a esquerda, ΔP aumento = deslocamento para a esquerda; (d) ΔT aumento = deslocamento para a esquerda, ΔP aumento = deslocar para a direita.

Q13.3.9

Como um aumento na temperatura afetará cada um dos seguintes equilíbrios? Como uma diminuição no volume do vaso de reação afetará cada um?

\(\ce{2H2O}(g)\rightleftharpoons\ce{2H2}(g)+\ce{O2}(g) \hspace{20px} ΔH=\ce{484\:kJ}\)
\(\ce{N2}(g)+\ce{3H2}(g)\rightleftharpoons\ce{2NH3}(g) \hspace{20px} ΔH=\mathrm{-92.2\:kJ}\)
\(\ce{2Br}(g)\rightleftharpoons\ce{Br2}(g) \hspace{20px} ΔH=\mathrm{-224\:kJ}\)
\(\ce{H2}(g)+\ce{I2}(s)\rightleftharpoons\ce{2HI}(g) \hspace{20px} ΔH=\ce{53\:kJ}\)

Q13.3.10

O gás de água é uma mistura 1:1 de monóxido de carbono e gás hidrogênio e é chamado de gás de água porque é formado a partir de vapor e carbono quente na seguinte reação:

\[\ce{H2O}(g)+\ce{C}(s)\rightleftharpoons\ce{H2}(g)+\ce{CO}(g).\]

O metanol, um combustível líquido que possivelmente poderia substituir a gasolina, pode ser preparado a partir de gás aquático e hidrogênio em alta temperatura e pressão na presença de um catalisador adequado.

Escreva a expressão para a constante de equilíbrio (\(K_c\)) para a reação reversível\[\ce{2H2}(g)+\ce{CO}(g)\rightleftharpoons\ce{CH3OH}(g) \hspace{20px} ΔH=\mathrm{-90.2\:kJ}\]
O que acontecerá com as concentrações de\(\ce{H2}\)\(\ce{CO}\), e\(\ce{CH3OH}\) em equilíbrio se mais H ₂ for adicionado?
O que acontecerá com as concentrações de H\(\ce{H2}\)\(\ce{CO}\), e\(\ce{CH3OH}\) em equilíbrio se o CO for removido?
O que acontecerá com as concentrações de\(\ce{H2}\)\(\ce{CO}\), e\(\ce{CH3OH}\) em equilíbrio se CH ₃ OH for adicionado?
O que acontecerá com as concentrações de H\(\ce{H2}\)\(\ce{CO}\), e\(\ce{CH3OH}\) em equilíbrio se a temperatura do sistema for aumentada?
O que acontecerá com as concentrações de\(\ce{H2}\)\(\ce{CO}\), e\(\ce{CH3OH}\) em equilíbrio se mais catalisador for adicionado?

S13.3.10

\(K_c=\ce{\dfrac{[CH3OH]}{[H2]^2[CO]}}\);
[H ₂] aumenta, [CO] diminui, [CH ₃ OH] aumenta;
[H ₂] aumenta, [CO] diminui, [CH ₃ OH] diminui;
[H ₂] aumenta, [CO] aumenta, [CH ₃ OH] aumenta;
[H ₂] aumenta, [CO] aumenta, [CH ₃ OH] diminui;
sem alterações.

Q13.3.11

O nitrogênio e o oxigênio reagem em altas temperaturas.

Escreva a expressão para a constante de equilíbrio (Kc) para a reação reversível\[\ce{N2}(g)+\ce{O2}(g)\rightleftharpoons\ce{2NO}(g)\hspace{20px}ΔH=\ce{181\:kJ}\]
O que acontecerá com as concentrações de N ₂_{, O 2} e NO em equilíbrio se mais O ₂ for adicionado?
O que acontecerá com as concentrações de N ₂_{, O 2} e NO em equilíbrio se N ₂ for removido?
O que acontecerá com as concentrações de N ₂, O ₂ e NO em equilíbrio se o NO for adicionado?
O que acontecerá com as concentrações de N ₂_{, O 2} e NO em equilíbrio se a pressão no sistema for aumentada pela redução do volume do vaso de reação?
O que acontecerá com as concentrações de N ₂_{, O 2} e NO em equilíbrio se a temperatura do sistema for aumentada?
O que acontecerá com as concentrações de N ₂, O ₂ e NO em equilíbrio se um catalisador for adicionado?

Q13.3.12

O gás aquático, uma mistura de H ₂ e CO, é um importante combustível industrial produzido pela reação do vapor com o coque vermelho quente, essencialmente carbono puro.

Escreva a expressão para a constante de equilíbrio para a reação reversível\[\ce{C}(s)+\ce{H2O}(g)\rightleftharpoons\ce{CO}(g)+\ce{H2}(g)\hspace{20px}ΔH=\mathrm{131.30\:kJ}\]
O que acontecerá com a concentração de cada reagente e produto em equilíbrio se mais C for adicionado?
O que acontecerá com a concentração de cada reagente e produto em equilíbrio se o H ₂ O for removido?
O que acontecerá com a concentração de cada reagente e produto em equilíbrio se o CO for adicionado?
O que acontecerá com a concentração de cada reagente e produto em equilíbrio se a temperatura do sistema for aumentada?

S13.3.12

(a)\(K_c=\ce{\dfrac{[CO][H2]}{[H2O]}}\); (b) [H ₂ O] sem alteração, [CO] sem alteração, [H 2] sem alteração; (c) [H ₂ O] diminui, [CO] diminui, [H 2] diminui; (d) [H ₂ O] aumenta, [CO] aumenta, [H ₂] diminui; (f) [H 2 O] diminui, [CO] aumenta, [H ₂ O] diminui, [H] aumenta, [H ₂] diminui, [H] aumenta, [H 2] diminui, [H] aumenta, [H ₂] diminui, [H] aumenta, [H 2] diminui ₂] aumenta. Em (b), (c), (d) e (e), a massa de carbono mudará, mas sua concentração (atividade) não mudará.

Q13.3.13

O metal de ferro puro pode ser produzido pela redução do óxido de ferro (III) com gás hidrogênio.

Escreva a expressão para a constante de equilíbrio (K _c) para a reação reversível\[\ce{Fe2O3}(s)+\ce{3H2}(g)\rightleftharpoons\ce{2Fe}(s)+\ce{3H2O}(g) \hspace{20px} ΔH=\mathrm{98.7\:kJ}\]
O que acontecerá com a concentração de cada reagente e produto em equilíbrio se mais Fe for adicionado?
O que acontecerá com a concentração de cada reagente e produto em equilíbrio se o H ₂ O for removido?
O que acontecerá com a concentração de cada reagente e produto em equilíbrio se o H ₂ for adicionado?
O que acontecerá com a concentração de cada reagente e produto em equilíbrio se a pressão no sistema for aumentada pela redução do volume do vaso de reação?
O que acontecerá com a concentração de cada reagente e produto em equilíbrio se a temperatura do sistema for aumentada?

Q13.3.14

A amônia é uma base fraca que reage com a água de acordo com esta equação:

\[\ce{NH3}(aq)+\ce{H2O}(l)\rightleftharpoons\ce{NH4+}(aq)+\ce{OH-}(aq)\]

Alguma das opções a seguir aumentará a porcentagem de amônia que é convertida em íon amônio na água e por quê?

Adição de NaOH
Adição de HCl
Adição de NH ₄ Cl

S13.3.14

Somente (b)

Q13.3.15

O ácido acético é um ácido fraco que reage com a água de acordo com esta equação:

\[\ce{CH3CO2H}(aq)+\ce{H2O}(aq)\rightleftharpoons\ce{H3O+}(aq)+\ce{CH3CO2-}(aq)\]

Alguma das opções a seguir aumentará a porcentagem de ácido acético que reage e produz\(\ce{CH3CO2-}\) íons?

Adição de HCl
Adição de NaOH
Adição de NaCH ₃ CO ₂

Q13.3.16

Sugira duas maneiras pelas quais a concentração de equilíbrio de Ag+ pode ser reduzida em uma solução de Na ⁺, Cl ⁻, Ag ⁺ e\(\ce{NO3-}\), em contato com AgCl sólido.

\(\ce{Na+}(aq)+\ce{Cl-}(aq)+\ce{Ag+}(aq)+\ce{NO3-}(aq)\rightleftharpoons\ce{AgCl}(s)+\ce{Na+}(aq)+\ce{NO3-}(aq)\)

\(ΔH=\mathrm{−65.9\:kJ}\)

S13.3.16

Adicione NaCl ou algum outro sal que produza Cl− à solução. O resfriamento da solução força o equilíbrio para a direita, precipitando mais AgCl (s).

Q13.3.17

Como a pressão do vapor de água pode ser aumentada no seguinte equilíbrio?

\[\ce{H2O}(l)\rightleftharpoons\ce{H2O}(g) \hspace{20px} ΔH=\ce{41\:kJ}\]

Q13.3.18

Sulfato de prata sólido adicional, um sólido ligeiramente solúvel, é adicionado a uma solução de íon de prata e íon sulfato em equilíbrio com sulfato de prata sólido.

\[\ce{2Ag+}(aq)+\ce{SO4^2-}(aq)\rightleftharpoons\ce{Ag2SO4}(s)\]

Qual das seguintes opções ocorrerá?

Ag ⁺ ou\(\ce{SO4^2-}\) concentrações não mudarão.
O sulfato de prata adicionado se dissolverá.
Sulfato de prata adicional se formará e precipitará da solução à medida que os íons e\(\ce{SO4^2-}\) íons Ag ⁺ se combinam.
A concentração de íons Ag ⁺ aumentará e a concentração de\(\ce{SO4^2-}\) íons diminuirá.

S13.3.18

(uma)

Q13.3.19

O aminoácido alanina tem dois isômeros, α-alanina e β-alanina. Quando massas iguais desses dois compostos são dissolvidas em quantidades iguais de solvente, a solução de α-alanina congela na temperatura mais baixa. Qual forma, α-alanina ou β-alanina, tem a maior constante de equilíbrio para ionização\(\ce{(HX \rightleftharpoons H+ + X- )}\)?

13.4: Exercícios de cálculo de equilíbrio

Q13.4.1

Uma reação é representada por esta equação:\(\ce{A}(aq)+\ce{2B}(aq)⇌\ce{2C}(aq) \hspace{20px} K_c=1×10^3\)

Escreva a expressão matemática para a constante de equilíbrio.
Usando concentrações ≤1 M, faça dois conjuntos de concentrações que descrevam uma mistura de A, B e C em equilíbrio.

S13.4.1

\(K_c=\ce{\dfrac{[C]^2}{[A][B]^2}}\). [A] = 0,1 M, [B] = 0,1 M, [C] = 1 M; E [A] = 0,01, [B] = 0,250, [C] = 0,791.

Q13.4.2

Uma reação é representada por esta equação:\(\ce{2W}(aq)⇌\ce{X}(aq)+\ce{2Y}(aq) \hspace{20px} K_c=5×10^{−4}\)

Escreva a expressão matemática para a constante de equilíbrio.
Usando concentrações de ≤1 M, faça dois conjuntos de concentrações que descrevam uma mistura de W, X e Y em equilíbrio.

Q13.4.3

Qual é o valor da constante de equilíbrio a 500 °C para a formação de NH ₃ de acordo com a seguinte equação?

\[\ce{N2}(g)+\ce{3H2}(g)⇌\ce{2NH3}(g)\]

Verificou-se que uma mistura de equilíbrio de NH ₃ (g), H ₂ _{(g) e N 2} (g) a 500 °C contém 1,35 M H ₂, 1,15 M N ₂ e 4,12 × 10 ⁻¹ M NH ₃.

S13.4.3

K _c = 6,00 × 10 ⁻²

Q13.4.4

O hidrogênio é preparado comercialmente pela reação do metano e do vapor de água em temperaturas elevadas.

\[\ce{CH4}(g)+\ce{H2O}(g)⇌\ce{3H2}(g)+\ce{CO}(g)\]

Qual é a constante de equilíbrio para a reação se uma mistura em equilíbrio contém gases com as seguintes concentrações: CH ₄, 0,126 M; H ₂ O, 0,242 M; CO, 0,126 M; H ₂ 1,15 M, a uma temperatura de 760 °C?

Uma amostra de 0,72 mol de PCl ₅ é colocada em um recipiente de 1,00 L e aquecida. Em equilíbrio, o recipiente contém 0,40 mol de pCl ₃ (g) e 0,40 mol de Cl ₂ (g). Calcule o valor da constante de equilíbrio para a decomposição de pCl ₅ em pCl ₃ e Cl ₂ nessa temperatura.

S13.4.4

K _c = 0,50

Q13.4.5

A 1 atm e 25 °C, o NO ₂ com uma concentração inicial de 1,00 M é 3,3 × 10 ⁻³% decomposto em NO e O ₂. Calcule o valor da constante de equilíbrio para a reação.

\[\ce{2NO2}(g)⇌\ce{2NO}(g)+\ce{O2}(g)\]

Q13.4.6

Calcule o valor da constante de equilíbrio K _P para a reação a\(\ce{2NO}(g)+\ce{Cl2}(g)⇌\ce{2NOCl}(g)\) partir dessas pressões de equilíbrio: NO, 0,050 atm; Cl ₂, 0,30 atm; NoCl, 1,2 atm.

S13.4.6

A equação de equilíbrio é K _P = 1,9 × 10 ³

Q13.4.7

Quando aquecido, o vapor de iodo se dissocia de acordo com esta equação:

\[\ce{I2}(g)⇌\ce{2I}(g)\]

A 1274 K, uma amostra exibe uma pressão parcial de I ₂ de 0,1122 atm e uma pressão parcial devido aos átomos de I de 0,1378 atm. Determine o valor da constante de equilíbrio, K _P, para a decomposição em 1274 K.

Q13.4.8

Uma amostra de cloreto de amônio foi aquecida em um recipiente fechado.

\[\ce{NH4Cl}(s)⇌\ce{NH3}(g)+\ce{HCl}(g)\]

Em equilíbrio, a pressão de NH ₃ (g) foi de 1,75 atm. Qual é o valor da constante de equilíbrio K _P para a decomposição nessa temperatura?

S13.4.8

K _P = 3,06

Q13.4.9

A uma temperatura de 60° C, a pressão de vapor da água é de 0,196 atm. Qual é o valor da constante de equilíbrio K _P para a transformação a 60 °C?

\[\ce{H2O}(l)⇌\ce{H2O}(g)\]

Q13.4.10

Complete as mudanças nas concentrações (ou pressão, se solicitado) para cada uma das seguintes reações.

(uma)

\ (\ begin {alignat} {3}
&\ ce {2SO3} (g)\ :&&\ ce {2SO2} (g) +\ :&&\ ce {O2} (g)\\ &\ sublinhado {\ hspace {40px}} &&\ underline {\ hspace {40px}} &&+x\\
&\ sublinhado {\ hspace {40px}} &&+x\\ &\ sublinhado {\ hspace {40px}} &&+x\\
&\ sublinhado {\ hspace {40px}} &&+x\\ 40px}} &&\ sublinhado {\ hspace {40px}} &&&0.125\ :M
\ end {alignat}\)

(b)

\ (\ begin {alignat} {3}
&\ ce {4NH3} (g) +\ :&&\ ce {3O2} (g)\ :&&\ ce {2N2} (g) +\ :&&\ ce {6H2O} (g)\\
&\ sublinhado {\ hspace {40px}} &&3x &&\ underline {hspace {40px}} &&\ underline {\ hspace {40px}}\\
&\ sublinhado {\ hspace {40px}} && amp; 0,24\ :M &&\ underline {\ hspace {40px}} &&\ underline {\ hspace {40px}}
\ end {alignat}\)

\ (\ begin {alignat} {3}
&\ ce {2CH4} (g)\ :&&\ ce {C2H2} (g) +\ :&&\ ce {3H2} (g)\\
&\ sublinhado {\ hspace {40px}} &&x &&\ underline {\ hspace {40px}}\\
&\ underline {\ hspace {40px}} &&\ textrm {25 torr} &&\ sublinhado {\ hspace {40px}}
\ end {alignat}\)

(d) Mudança na pressão:

\ (\ begin {alignat} {3}
&\ ce {CH4} (g) +\ :&&\ ce {H2O} (g)\ :&&\ ce {CO} (g) +\ :&&\ ce {3H2} (g)\\
&\ sublinhado {\ hspace {40px}} &&x &&\ sublinhado {\ hspace {40px}} &&\ sublinhado {\ hspace {40px}}\\
&\ sublinhado {\ hspace {40px}} && \ textrm {5 atm} &&\ underline {\ hspace {40px}} &&\ underline {\ hspace {40px}}
\ end {alignat}\)

(e)

\ (\ begin {alignat} {3}
&\ ce {NH4Cl} (s)\ :&&\ ce {NH3} (g) +\ :&&\ ce {HCl} (g)\\
& &&x &&\ underline {\ hspace {40px}}\\
& &&1,03×10^ {−4}\ :M &&\ underline {\ hspace {40px}}
\ end {alignat}\)

(f) mudança na pressão:

\ (\ begin {alignat} {3}
&\ ce {Ni} (s) +\ :&&\ ce {4CO} (g)\ :&&\ ce {Ni (CO) 4} (g)\\
& &4x &&\ sublinhado {\ hspace {40px}}\\
& &&\ textrm {0,40 atm} &&\ underline {\ hhline {\ hhline espaço {40px}}
\ end {alignat}\)

S13.4.10

−2 x, 2 x, −0,250 M, 0,250 M;
4 x, −2 x, −6 x, 0,32 M, −0,16 M, −0,48 M;
−2 x, 3 x, −50 torr, 75 torr;
x, − x, −3 x, 5 atm, −5 atm, −15 atm;
x, 1,03 × 10 ⁻⁴ M; (f) x, 0,1 atm.

Q13.4.11

Complete as mudanças nas concentrações (ou pressão, se solicitado) para cada uma das seguintes reações.

(uma)

\ (\ begin {alignat} {3}
&\ ce {2H2} (g) +\ :&&\ ce {O2} (g)\ :&&\ ce {2H2O} (g)\\ &\ sublinhado {\ hspace {40px}}
&&\ sublinhado {\ hspace {40px}} &&&+2x\\ &\ sublinhado {\ hspace {40px}} &&+2x\\ &\ sublinhado {\ hspace {40px}} &&+2x\\
&\ sublinhado {\ hspace {40px}} espaço {40px}} &&\ sublinhado {\ hspace {40px}} &&1,50\ :M
\ end {alignat}\)

(b)

\ (\ begin {alignat} {3}
&\ ce {CS2} (g) +\ :&&\ ce {4H2} (g)\ :&&\ ce {CH4} (g) +\ :&&\ ce {2H2S} (g)\\
&x &&\ underline {\ hspace {40px}} &&\ underline {\ hspace {40px}} px}} &&\ sublinhado {\ hspace {40px}}\\
&0.020\ :M &&\ underline {\ hspace {40px}} &&\ underline {\ hspace {40px}} &&\ underline {\ hspace {40px}}
\ end {alignat}\)

\ (\ begin {alignat} {3}
&\ ce {H2} (g) +\ :&&\ ce {Cl2} (g)\ :&&\ ce {2HCl} (g)\\
&x &&\ sublinhado {\ hspace {40px}} &&\ sublinhado {\ hspace {40px}}\\
&\ textrm {1,50 atm} &&\ sublinhado {\ hspace {40px}} &&\ underline {\ hspace {40px}}
\ end {alignat}\)

(d) Mudança na pressão:

\ (\ begin {alignat} {3}
&\ ce {2NH3} (g) +\ :&&\ ce {2O2} (g)\ :&&\ ce {N2O} (g) +\ :&&\ ce {3H2O} (g)\\ &\ sublinhado {\ hspace {40px}}
&&\ sublinhado {\ hspace {40px}} &&\ sublinhado {\ hspace {40px}} &&\ underline {\ hspace {40px} px}} &&\ sublinhado {\ hspace {40px}} &&x\\
&\ sublinhado {\ hspace {40px}} && amp;\ underline {\ hspace {40px}} &&\ underline {\ hspace {40px}} &&\ textrm {60,6 torr}
\ end {alignat}\)

(e)

\ (\ begin {alignat} {3}
&\ ce {NH4HS} (s)\ :&&\ ce {NH3} (g) +\ :&&\ ce {H2S} (g)\\
& &&x &&\ sublinhado {\ hspace {40px}}\\
& &&&9.8×10^ {−6}\ :M &&\ underline {\ hspace {40px}}
\ end {alignat}\)

(f) Mudança na pressão:

\ (\ begin {alignat} {3}
&\ ce {Fe} (s) +\ :&&\ ce {5CO} (g)\ :&&\ ce {Fe (CO) 4} (g)\\
& &&\ sublinhado {\ hspace {40px}} &&x\\
& &&\ underline {\ hspace {40px}} &&\ textrm {0,012 atm}
\ end {alignat}\)

Q13.4.12

Por que não há alterações especificadas para o Ni no Exercício, parte (f)? Qual propriedade do Ni muda?

S13.4.12

As atividades de sólidos cristalinos puros são iguais a 1 e são constantes; no entanto, a massa de Ni muda.

Q13.4.13

Por que não há alterações especificadas para o NH ₄ HS no Exercício, parte (e)? Quais propriedades do NH ₄ HS mudam?

Q13.4.14

A análise dos gases em um recipiente de reação selado contendo NH ₃, N ₂ _{e H 2} em equilíbrio a 400 °C estabeleceu a concentração de N ₂ em 1,2 M e a concentração de H ₂ em 0,24 M.

\[\ce{N2}(g)+\ce{3H2}(g)⇌\ce{2NH3}(g) \hspace{20px} K_c=\textrm{0.50 at 400 °C}\]

Calcule a concentração molar de equilíbrio de NH ₃.

S13.4.14

[NH ₃] = 9,1 × 10 ⁻² M

Q13.4.16

Calcule o número de moles de HI que estão em equilíbrio com 1,25 mol de H ₂ e 1,25 mol de I ₂ em um frasco de 5,00−L a 448 °C.

\(\ce{H2 + I2 ⇌ 2HI} \hspace{20px} K_c=\textrm{50.2 at 448 °C}\)

Q13.4.17

Qual é a pressão de BrCl em uma mistura de equilíbrio de Cl ₂, Br ₂ e BrCl se a pressão de Cl ₂ na mistura for 0,115 atm e a pressão de Br ₂ na mistura for 0,450 atm?

\[\ce{Cl2}(g)+\ce{Br2}(g)⇌\ce{2BrCl}(g) \hspace{20px} K_P=4.7×10^{−2}\]

S13.4.17

P _BrCl = 4,9 × 10 ⁻² atm

Q13.4.18

Qual é a pressão de CO ₂ em uma mistura em equilíbrio que contém 0,50 atm H ₂, 2,0 atm de H ₂ O e 1,0 atm de CO a 990 °C?

\[\ce{H2}(g)+\ce{CO2}(g)⇌\ce{H2O}(g)+\ce{CO}(g) \hspace{20px} K_P=\textrm{1.6 at 990 °C}\]

Q13.4.12

O metal cobalto pode ser preparado reduzindo o óxido de cobalto (II) com monóxido de carbono.

\(\ce{CoO}(s)+\ce{CO}(g)⇌\ce{Co}(s)+\ce{CO2}(g) \hspace{20px} K_c=4.90×10^2\textrm{ at 550 °C}\)

Qual concentração de CO permanece em uma mistura de equilíbrio com [CO ₂] = 0,100 M?

S13.4.12

[CO] = 2,0 × 10 ⁻⁴ M

Q13.4.13

O carbono reage com o vapor de água em temperaturas elevadas.

\(\ce{C}(s)+\ce{H2O}(g)⇌\ce{CO}(g)+\ce{H2}(g) \hspace{20px} K_c=\textrm{0.2 at 1000 °C}\)

Qual é a concentração de CO em uma mistura de equilíbrio com [H ₂ O] = 0,500 M a 1000 °C?

Q13.4.14

Sulfato de sódio 10-hidrato\(\ce{Na2SO4 \cdot 10H2O}\), desidrata de acordo com a equação

\[\ce{Na2SO4⋅10H2O}(s)⇌\ce{Na2SO4}(s)+\ce{10H2O}(g) \hspace{20px} \]

com\(K_p=4.08×10^{−25}\) a 25°C. Qual é a pressão do vapor de água em equilíbrio com uma mistura de\(\ce{Na2SO4·10H2O}\) e\(\ce{NaSO4}\)?

S13.4.14

\(P_{\ce{H2O}}=3.64×10^{−3}\:\ce{atm}\)

Q13.4.15

Cloreto de cálcio 6−hidratado, CaCl ₂ ·6H ₂ O, desidrata de acordo com a equação

\(\ce{CaCl2⋅6H2O}(s)⇌\ce{CaCl2}(s)+\ce{6H2O}(g) \hspace{20px} K_P=5.09×10^{−44}\textrm{ at 25 °C}\)

Qual é a pressão do vapor de água em equilíbrio com uma mistura de CaCl ₂ ·6H ₂ O e CaCl ₂?

Q13.4.16

Um aluno resolveu o seguinte problema e descobriu que as concentrações de equilíbrio eram [SO ₂] = 0,590 M, [O ₂] = 0,0450 M e [SO ₃] = 0,260 M. Como esse aluno poderia verificar o trabalho sem refazer o problema? O problema foi: Para a seguinte reação a 600 °C:

\(\ce{2SO2}(g)+\ce{O2}(g)⇌\ce{2SO3}(g) \hspace{20px} K_c=4.32\)

Quais são as concentrações de equilíbrio de todas as espécies em uma mistura que foi preparada com [SO ₃] = 0,500 M, [SO ₂] = 0 M e [O ₂] = 0,350 M?

S13.4.16

Calcule Q com base nas concentrações calculadas e veja se é igual a K _c. Como Q é igual a 4,32, o sistema deve estar em equilíbrio.

Q13.4.16

Um aluno resolveu o seguinte problema e encontrou [N ₂ O ₄] = 0,16 M em equilíbrio. Como esse aluno poderia reconhecer que a resposta estava errada sem reformular o problema? O problema era: Qual é a concentração de equilíbrio de N ₂ O ₄ em uma mistura formada a partir de uma amostra de NO ₂ com uma concentração de 0,10 M?

\[\ce{2NO2}(g)⇌\ce{N2O4}(g) \hspace{20px} K_c=160\]

Suponha que a mudança na concentração de N ₂ O ₄ seja pequena o suficiente para ser negligenciada no problema a seguir.

(a) Calcule a concentração de equilíbrio de ambas as espécies em 1,00 L de uma solução preparada a partir de 0,129 mol de N ₂ O ₄ com clorofórmio como solvente.

\(\ce{N2O4}(g)⇌\ce{2NO2}(g) \hspace{20px} K_c=1.07×10^{−5}\)em clorofórmio

(b) Mostre que a mudança é pequena o suficiente para ser negligenciada.

S13.4.16

(uma)

[Nº ₂] = 1,17 × 10 ⁻³ M
[N ₂ O ₄] = 0,128 M

(b) Erro percentual\(=\dfrac{5.87×10^{−4}}{0.129}×100\%=0.455\%\). A mudança na concentração de N ₂ O ₄ é muito menor do que o máximo de 5% permitido.

Q13.4.17

Suponha que a mudança na concentração de CoCl ₂ seja pequena o suficiente para ser negligenciada no problema a seguir.

Calcule a concentração de equilíbrio de todas as espécies em uma mistura de equilíbrio que resulta da decomposição de CoCl ₂ com uma concentração inicial de 0,3166 M. \[\ce{COCl2}(g)⇌\ce{CO}(g)+\ce{Cl2}(g) \hspace{20px} K_c=2.2×10^{−10}\]
Mostre que a mudança é pequena o suficiente para ser negligenciada.

Q13.4.18

Suponha que a mudança na pressão de H ₂ S seja pequena o suficiente para ser negligenciada no problema a seguir.

(a) Calcule as pressões de equilíbrio de todas as espécies em uma mistura de equilíbrio que resulta da decomposição de H ₂ S com uma pressão inicial de 0,824 atm.

\(\ce{2H2S}(g)⇌\ce{2H2}(g)+\ce{S2}(g) \hspace{20px} K_P=2.2×10^{−6}\)

(b) Mostre que a mudança é pequena o suficiente para ser negligenciada.

S13.4.18

(uma)

[H ₂ S] = 0,810 atm
[H ₂] = 0,014 atm
S [₂] = 0,0072 atm

(b) O 2 x é retirado do cálculo do equilíbrio porque 0,014 é insignificante quando subtraído de 0,824. O erro percentual associado à ignorância de 2 x é\(\dfrac{0.014}{0.824}×100\%=1.7\%\), o que é menor do que o permitido pelo “teste de 5%”. O erro é, de fato, insignificante.

Q13.4.19

Quais são todas as concentrações depois que uma mistura que contém [H ₂ O] = 1,00 M e [Cl ₂ O] = 1,00 M chega ao equilíbrio a 25° C?

\[\ce{H2O}(g)+\ce{Cl2O}(g)⇌\ce{2HOCl}(g) \hspace{20px} K_c=0.0900\]

Q13.4.20

Quais são as concentrações de pCl ₅, pCl ₃ e Cl ₂ em uma mistura de equilíbrio produzida pela decomposição de uma amostra de pCl ₅ puro com [pCl ₅] = 2,00 M?

\[\ce{PCl5}(g)⇌\ce{PCl3}(g)+\ce{Cl2}(g) \hspace{20px} K_c=0.0211\]

S13.4.20

[PCl ₃] = 1,80 M; [PC ₃] = 0,195 M; [PCl ₃] = 0,195 M.

Q13.4.21

Calcule as pressões de todas as espécies em equilíbrio em uma mistura de NOCl, NO e Cl ₂ produzida quando uma amostra de NoCl com uma pressão de 10,0 atm chega ao equilíbrio de acordo com esta reação:

\[\ce{2NOCl}(g)⇌\ce{2NO}(g)+\ce{Cl2}(g) \hspace{20px} K_P=4.0×10^{−4}\]

Q13.4.22

Calcule as concentrações de equilíbrio de NO, O ₂ e NO ₂ em uma mistura a 250 °C que resulta da reação de 0,20 M NO e 0,10 M O ₂. (Dica: K é grande; suponha que a reação seja concluída e depois volte ao equilíbrio.)

\[\ce{2NO}(g)+\ce{O2}(g)⇌\ce{2NO2}(g) \hspace{20px} K_c=2.3×10^5\textrm{ at 250 °C}\]

S13.4.2

[NO ₂] = 0,19 M
[NÃO] = 0,0070 M
[O ₂] = 0,0035 M

Q13.4.23

Calcule as concentrações de equilíbrio que resultam quando 0,25 M O ₂ e 1,0 M HCl reagem e chegam ao equilíbrio.

\[\ce{4HCl}(g)+\ce{O2}(g)⇌\ce{2Cl2}(g)+\ce{2H2O}(g) \hspace{20px} K_c=3.1×10^{13}\]

Q13.4.24

Uma das reações importantes na formação da poluição atmosférica é representada pela equação

\[\ce{O3}(g)+\ce{NO}(g)⇌\ce{NO2}(g)+\ce{O2}(g) \hspace{20px} K_P=6.0×10^{34}\]

Qual é a pressão de O ₃ restante após uma mistura de O ₃ com uma pressão de 1,2 × 10 ⁻⁸ atm e NO com uma pressão de 1,2 × 10 ⁻⁸ atm atingir o equilíbrio? (Dica: K _P é grande; suponha que a reação seja concluída e depois volte ao equilíbrio.)

S13.4.24

\(P_{\ce{O3}}=4.9×10^{−26}\:\ce{atm}\)

Q13.4.24

Calcule as pressões de NO, Cl ₂ e NOCl em uma mistura de equilíbrio produzida pela reação de uma mistura inicial com 4,0 atm NO e 2,0 atm Cl ₂. (Dica: K _P é pequeno; suponha que a reação inversa seja concluída e depois volte ao equilíbrio.)

\(\ce{2NO}(g)+\ce{Cl2}(g)⇌\ce{2NOCl}(g) \hspace{20px} K_P=2.5×10^3\)

Q13.4.25

Calcule o número de gramas de HI que estão em equilíbrio com 1,25 mol de H ₂ e 63,5 g de iodo a 448 °C.

\(\ce{H2 + I2 ⇌ 2HI} \hspace{20px} K_c=\textrm{50.2 at 448 °C}\)

S 13.4.25

507 g

Q13.4.26

O butano existe como dois isômeros, n −butano e isobutano.

K _P = 2,5 a 25 °C

Qual é a pressão do isobutano em um recipiente dos dois isômeros em equilíbrio com uma pressão total de 1,22 atm?

Q13.4.27

Qual é a massa mínima de CaCO ₃ necessária para estabelecer o equilíbrio a uma determinada temperatura em um recipiente de 6,50 L se a constante de equilíbrio (K _c) for 0,050 para a reação de decomposição do CaCO ₃ nessa temperatura?

\(\ce{CaCO3}(s)⇌\ce{CaO}(s)+\ce{CO2}(g)\)

S13.4.27

330 g

Q13.4.28

The equilibrium constant (K_c) for this reaction is 1.60 at 990 °C:

\[\ce{H2}(g)+\ce{CO2}(g)⇌\ce{H2O}(g)+\ce{CO}(g)\]

Calculate the number of moles of each component in the final equilibrium mixture obtained from adding 1.00 mol of H₂, 2.00 mol of CO₂, 0.750 mol of H₂O, and 1.00 mol of CO to a 5.00-L container at 990 °C.

Q13.4.29

At 25 °C and at 1 atm, the partial pressures in an equilibrium mixture of N₂O₄ and NO₂ are \(P_{\ce{N2O4}}=0.70\:\ce{atm}\) and \(P_{\ce{NO2}}=0.30\:\ce{atm}\).

Predict how the pressures of NO₂ and N₂O₄ will change if the total pressure increases to 9.0 atm. Will they increase, decrease, or remain the same?
Calculate the partial pressures of NO₂ and N₂O₄ when they are at equilibrium at 9.0 atm and 25 °C.

S13.4.29

(a) Both gases must increase in pressure.

(b) \(P_{\ce{N2O4}}=\textrm{8.0 atm and }P_{\ce{NO2}}=1.0\:\ce{atm}\)

Q13.4.30

In a 3.0-L vessel, the following equilibrium partial pressures are measured: N₂, 190 torr; H₂, 317 torr; NH₃, 1.00 × 10³ torr.

\[\ce{N2}(g)+\ce{3H2}(g)⇌\ce{2NH3}(g)\]

How will the partial pressures of H₂, N₂, and NH₃ change if H₂ is removed from the system? Will they increase, decrease, or remain the same?
Hydrogen is removed from the vessel until the partial pressure of nitrogen, at equilibrium, is 250 torr. Calculate the partial pressures of the other substances under the new conditions.

Q13.4.31

The equilibrium constant (K_c) for this reaction is 5.0 at a given temperature.

\[\ce{CO}(g)+\ce{H2O}(g) <=> \ce{CO2}(g)+\ce{H2}(g)\)]

On analysis, an equilibrium mixture of the substances present at the given temperature was found to contain 0.20 mol of CO, 0.30 mol of water vapor, and 0.90 mol of H₂ in a liter. How many moles of CO₂ were there in the equilibrium mixture?
Maintaining the same temperature, additional H₂ was added to the system, and some water vapor was removed by drying. A new equilibrium mixture was thereby established containing 0.40 mol of CO, 0.30 mol of water vapor, and 1.2 mol of H₂ in a liter. How many moles of CO₂ were in the new equilibrium mixture? Compare this with the quantity in part (a), and discuss whether the second value is reasonable. Explain how it is possible for the water vapor concentration to be the same in the two equilibrium solutions even though some vapor was removed before the second equilibrium was established.

S13.4.31

(a) 0.33 mol.

(b) [CO]² = 0.50 M Added H₂ forms some water to compensate for the removal of water vapor and as a result of a shift to the left after H₂ is added.

Q13.4.32a

Antimony pentachloride decomposes according to this equation:

\(\ce{SbCl5}(g)⇌\ce{SbCl3}(g)+\ce{Cl2}(g)\)

An equilibrium mixture in a 5.00-L flask at 448 °C contains 3.85 g of SbCl₅, 9.14 g of SbCl₃, and 2.84 g of Cl₂. How many grams of each will be found if the mixture is transferred into a 2.00-L flask at the same temperature?

Q13.4.32b

Consider the reaction between H₂ and O₂ at 1000 K

\[\ce{2H2}(g)+\ce{O2}(g)⇌\ce{2H2O}(g) \hspace{20px} K_P=\dfrac{(P_{\ce{H2O}})^2}{(P_{\ce{O2}})(P_{\ce{H2}})^3}=1.33×10^{20}\]

If 0.500 atm of H₂ and 0.500 atm of O₂ are allowed to come to equilibrium at this temperature, what are the partial pressures of the components?

S13.4.32b

\(P_{\ce{H2}}=8.64×10^{−11}\:\ce{atm}\)

\(P_{\ce{O2}}=0.250\:\ce{atm}\)

\(P_{\ce{H2O}}=0.500\:\ce{atm}\)

Q13.4.33

An equilibrium is established according to the following equation

\[\ce{Hg2^2+}(aq)+\ce{NO3−}(aq)+\ce{3H+}(aq)⇌\ce{2Hg^2+}(aq)+\ce{HNO2}(aq)+\ce{H2O}(l) \hspace{20px} K_c=4.6\]

What will happen in a solution that is 0.20 M each in \(\ce{Hg2^2+}\), \(\ce{NO3−}\), H⁺, Hg²⁺, and HNO₂?

\(\ce{Hg2^2+}\) will be oxidized and \(\ce{NO3−}\) reduced.
\(\ce{Hg2^2+}\) will be reduced and \(\ce{NO3−}\) oxidized.
Hg²⁺ will be oxidized and HNO₂ reduced.
Hg²⁺ will be reduced and HNO₂ oxidized.
There will be no change because all reactants and products have an activity of 1.

Q13.4.34

Consider the equilibrium

\[\ce{4NO2}(g)+\ce{6H2O}(g)⇌\ce{4NH3}(g)+\ce{7O2}(g)\]

What is the expression for the equilibrium constant (K_c) of the reaction?
How must the concentration of NH₃ change to reach equilibrium if the reaction quotient is less than the equilibrium constant?
If the reaction were at equilibrium, how would a decrease in pressure (from an increase in the volume of the reaction vessel) affect the pressure of NO₂?
If the change in the pressure of NO₂ is 28 torr as a mixture of the four gases reaches equilibrium, how much will the pressure of O₂ change?

S13.4.34

(a) \(K_c=\ce{\dfrac{[NH3]^4[O2]^7}{[NO2]^4[H2O]^6}}\). (b) [NH₃] must increase for Q_c to reach K_c. (c) That decrease in pressure would decrease [NO₂]. (d) \(P_{\ce{O2}}=49\:\ce{torr}\)

Q13.4.35

The binding of oxygen by hemoglobin (Hb), giving oxyhemoglobin (HbO₂), is partially regulated by the concentration of H₃O⁺ and dissolved CO₂ in the blood. Although the equilibrium is complicated, it can be summarized as

\(\ce{HbO2}(aq)+\ce{H3O+}(aq)+\ce{CO2}(g)⇌\ce{CO2−Hb−H+}+\ce{O2}(g)+\ce{H2O}(l)\)

(a) Write the equilibrium constant expression for this reaction.
(b) Explain why the production of lactic acid and CO₂ in a muscle during exertion stimulates release of O₂ from the oxyhemoglobin in the blood passing through the muscle.

Q13.4.36

The hydrolysis of the sugar sucrose to the sugars glucose and fructose follows a first-order rate equation for the disappearance of sucrose.

\(\ce{C12H22O11}(aq)+\ce{H2O}(l)⟶\ce{C6H12O6}(aq)+\ce{C6H12O6}(aq)\)

Rate = k[C₁₂H₂₂O₁₁]

In neutral solution, k = 2.1 × 10⁻¹¹/s at 27 °C. (As indicated by the rate constant, this is a very slow reaction. In the human body, the rate of this reaction is sped up by a type of catalyst called an enzyme.) (Note: That is not a mistake in the equation—the products of the reaction, glucose and fructose, have the same molecular formulas, C₆H₁₂O₆, but differ in the arrangement of the atoms in their molecules). The equilibrium constant for the reaction is 1.36 × 10⁵ at 27 °C. What are the concentrations of glucose, fructose, and sucrose after a 0.150 M aqueous solution of sucrose has reached equilibrium? Remember that the activity of a solvent (the effective concentration) is 1.

S13.4.36

[fructose] = 0.15 M

Q13.4.37

The density of trifluoroacetic acid vapor was determined at 118.1 °C and 468.5 torr, and found to be 2.784 g/L. Calculate K_c for the association of the acid.

O líquido N ₂ O ₃ é azul escuro em baixas temperaturas, mas a cor desbota e se torna esverdeada em temperaturas mais altas à medida que o composto se decompõe em NO e NO ₂. A 25 °C, um valor de K _P = 1,91 foi estabelecido para essa decomposição. Se 0,236 moles de N ₂ O ₃ forem colocados em um recipiente de 1,52 L a 25 °C, calcule as pressões parciais de equilíbrio de N ₂ O ₃ (g), NO ₂ (g) e NO (g).

S 13.4.37

\(P_{\ce{N2O3}}=\textrm{1.90 atm and }P_{\ce{NO}}=P_{\ce{NO2}}=\textrm{1.90 atm}\)

Q13.4.38

Um recipiente de 1,00 L a 400 °C contém as seguintes concentrações de equilíbrio: N ₂, 1,00 M; H ₂, 0,50 M; e NH ₃, 0,25 M. Quantos moles de hidrogênio devem ser removidos do recipiente para aumentar a concentração de nitrogênio para 1,1 M?

Q13.4.39

Uma solução de 0,010 M do ácido fraco HA tem uma pressão osmótica (consulte o capítulo sobre soluções e coloides) de 0,293 atm a 25 °C. Uma solução de 0,010 M do ácido fraco HB tem uma pressão osmótica de 0,345 atm nas mesmas condições.

(a) Qual ácido tem a maior constante de equilíbrio para ionização

HA\([\ce{HA}(aq)⇌\ce{A-}(aq)+\ce{H+}(aq)]\) ou HB\([\ce{HB}(aq)⇌\ce{H+}(aq)+\ce{B-}(aq)]\)?

(b) Quais são as constantes de equilíbrio para a ionização desses ácidos?

(Dica: Lembre-se de que cada solução contém três espécies dissolvidas: o ácido fraco (HA ou HB), a base conjugada (A ⁻ ou B ⁻) e o íon hidrogênio (H ⁺). Lembre-se de que a pressão osmótica (como todas as propriedades coligativas) está relacionada ao número total de partículas de soluto. Especificamente para pressão osmótica, essas concentrações são descritas por molaridades.)

S13.4.39

(a) HB ioniza em maior grau e tem o maior K _c.

(b) K _c (HA) = 5 × 10 ⁻⁴

K _c (HB) = 3 × 10 ⁻³