Ficha 2- Química

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AGRUPAMENTO DE ESCOLAS DE AZAMBUJA
Escola Secundária de Azambuja
FICHA 2 de FÍSICA QUÍMICA A
Equilíbrio químico e extensão das reações químicas
 11º ano Ano letivo: 2022/2023
	Nome: ____________________________________ N.º _____ Turma:___ A Professora: Elisabete Vicente
Grupo I
1.	O equilíbrio químico é importante para explicar um grande número de fenómenos naturais e desempenha um papel importante em muitos processos industriais. 
1.1	Num sistema reacional em equilíbrio:
(A) as concentrações de todos os reagentes e produtos presentes são necessariamente iguais.
(B) as reações direta e inversa cessam.
(C) as reações direta e inversa ocorrem a ritmos diferentes. 
(D) as reações direta e inversa ocorrem a ritmos iguais.
1.2	O equilíbrio que se estabelece num sistema químico é dinâmico porque:
(A) a pressão e a temperatura se mantêm constantes ao longo do tempo.
(B) tanto os reagentes como os produtos se continuam a formar.
(C) as concentrações das espécies químicas permanecem constantes.
(D) os reagentes e os produtos se encontram todos presentes em simultâneo.
1.3	A síntese de Haber-Bosch do amoníaco é um exemplo de uma reação reversível.
N2 (g) + 3 H2 (g) ⇌ 2 NH3 (g)
Admitindo que se fizeram reagir, nas proporções estequiométricas, nitrogénio e hidrogénio gasosos, qual dos diagramas seguintes representa melhor o sistema em equilíbrio? Justifique.
Grupo II
A quantificação do equilíbrio químico em termos da quantidade de produtos formada face à quantidade de reagentes fornecida é essencial, por exemplo, para a indústria química no controlo da produtividade.
1.	As curvas no gráfico representam a evolução, ao longo do tempo, da concentração das espécies A, B e C que intervêm numa reação química em fase gasosa. Este sistema químico atinge um estado de equilíbrio a uma temperatura T.
1.1	Qual é o instante que corresponde ao estabelecimento do equilíbrio? Justifique. 
1.2	Escreva a equação química da reação considerada.
1.3	Determine a constante de equilíbrio, Kc, à temperatura T.
2.	Qual das seguintes reações químicas pode ser considerada praticamente completa quando atinge o equilíbrio? Justifique.
Admita, para estes quatro sistemas reacionais, que as concentrações iniciais dos reagentes são iguais.
(A) N2 (g) + O2 (g) ⇌ 2 NO (g)	Kc 1,0 1031
(B) 2 HBr (g) ⇌ H2 (g) + Br2 (g)	Kc 7,0 1020
(C) 2H2O (g) + 2 Cℓ2 (g) ⇌ 4 HCℓ (g) + O2 (g)	Kc 5,0 104
(D) H2 (g) + Cℓ2 (g) ⇌ 2 HCℓ (g)	Kc 4,0 1031
3.	Um sistema químico muito estudado é o que corresponde à reação entre o hidrogénio gasoso, H2, e o vapor de iodo, I2, para formar iodeto de hidrogénio, HI. A reação pode ser traduzida por:
H2 (g) + I2 (g) ⇌ 2 HI (g)
	
	H2 (g)
	I2 (g)
	HI (g)
	A
	0,44
	0,44
	3,12
	B
	0,22
	0,50
	2,34
	C
	0,30
	0,35
	2,00
	D
	0,15
	0,30
	1,50
3.1	Considere quatro recipientes, A, B, C e D, que, à temperatura T, contêm uma mistura de H2 (g), I2 (g) e HI (g). Num dado instante fizeram-se medições das concentrações em cada um dos recipientes, tendo-se obtido os dados que constam da tabela. 
Com base nos dados obtidos concluiu-se que em três dos recipientes se tinha estabelecido uma situação de equilíbrio.
Qual das misturas gasosas não se encontrava em equilíbrio? Justifique.
3.2	Determine o valor da constante de equilíbrio da reação de decomposição do iodeto de hidrogénio, à mesma temperatura.
3.3	Um dos métodos de síntese do iodeto de hidrogénio com elevado grau de pureza utiliza a reação direta entre o iodo e o hidrogénio moleculares, a 453 °C.
Considere que num recipiente de 1,0 dm3 se introduziram 2,0 mol de H2 (g) e 2,0 mol de I2 (g), à temperatura de 453 °C. Depois de o sistema químico atingir o equilíbrio, verificou-se que o grau de conversão de reagentes em produto foi 78%. 
Determine a constante de equilíbrio, Kc, da reação considerada, à temperatura de 453 °C. 
4.	Um dos sistemas mais usados como exemplo de um processo que envolve equilíbrio químico é o da reação reversível que envolve o dióxido de nitrogénio, NO2, e o tetróxido de dinitrogénio, N2O4. A progressão da reação é facilmente monitorizada, pois envolve uma espécie corada (NO2) e uma incolor (N2O4). A reação de interconversão de dióxido de nitrogénio em tetróxido de dinitrogénio, em fase gasosa, pode ser traduzida por: 2 NO2 (g) ⇌ N2O4 (g)
4.1	Com o objetivo de estudar alguns estados de equilíbrio, acompanhou-se a variação das concentrações, ao longo do tempo, das espécies presentes no sistema reacional, submetido a diferentes temperaturas e/ou concentração inicial do reagente. Os gráficos seguintes traduzem os resultados obtidos, para o mesmo intervalo de tempo.
Indique, justificando:
a) os gráficos que representam estados de equilíbrio à mesma temperatura.
b) o gráfico que representa a reação menos extensa.
c) o gráfico que representa a reação que se processou com maior velocidade.
4.2	Num recipiente fechado de capacidade 4,0 dm3, uma mistura constituída por 0,40 mol de NO2 e 0,64 mol de N2O4 encontra-se a 100 °C. A essa temperatura, a constante de equilíbrio da reação, Kc, é 4,72.
Mostre com base no valor do quociente da reação, Qc, que a concentração de NO2 na mistura reacional aumenta até se estabelecer o equilíbrio.
5.	O amoníaco, NH3, obtém-se industrialmente através do processo de Haber-Bosch fazendo reagir em condições apropriadas hidrogénio, H2, e nitrogénio, N2, gasosos:
N2 (g) + 3 H2 (g) ⇌ 2 NH3 (g)
5.1	Na tabela seguinte apresentam-se, para algumas temperaturas, os valores das constantes de equilíbrio. 
	T / °C
	300
	400
	500
	600
	Kc
	9,6
	1,2
	1,6 101
	1,15 102
Selecione a alternativa correta.
(A) As substâncias que predominam no equilíbrio, a 300 °C, são o nitrogénio, N2, e o hidrogénio, H2.
(B) A substância que predomina no equilíbrio, a 600 °C, é o amoníaco, NH3.
(C) A predominância das substâncias nitrogénio, N2, e hidrogénio, H2, no equilíbrio, aumenta à medida que a temperatura aumenta. 
(D) A extensão da reação aumenta com o aumento da temperatura.
5.2	À temperatura de 450 °C, fez-se reagir 5,0 mol de N2 e 5,0 mol de H2, num recipiente fechado de 5,00 L. A reação química progrediu, tendo-se estabelecido, num dado instante, uma situação de equilíbrio. Numa análise à mistura reacional, em equilíbrio, verificou-se que existiam no recipiente 1,2 mol de NH3.
Determine a constante de equilíbrio, Kc, da reação considerada, à temperatura de 450 °C.
6.	As espécies A2, B2 e AB2 intervêm numa reação química em fase gasosa, à temperatura de 298 K. Esta reação pode ser traduzida pela seguinte equação química:
A2 (g) + 2 B2 (g) ⇌ 2 AB2 (g)
Fizeram-se reagir 2,4 mol de A2 e 2,0 mol de B2, num recipiente fechado, de capacidade igual a 2,0 L. A reação química progrediu, tendo-se estabelecido, num dado instante, uma situação de equilíbrio. Este equilíbrio foi depois perturbado pelo aumento da temperatura.
As curvas esboçadas no gráfico seguinte representam a evolução das quantidades dos reagentes e produto da reação, durante vinte minutos.
6.1	Indique, justificando, o instante que corresponde ao estabelecimento do equilíbrio inicial.
6.2	Escreva a expressão que traduz a constante de equilíbrio, Kc, da reação e determine o valor dessa constante à temperatura de 298 K.
6.3	Indique o instante que corresponde ao aumento de temperatura do sistema.
6.4	Como é que o aumento da temperatura afetou a constante de equilíbrio? Calcule o seu valor após o aumento da temperatura do sistema reacional.
6.5	Justifique o sentido dominante da reação após o aumento de temperatura do sistema, com base no valor do quociente da reação para t 12,5 minutos, considerando que nesse instante a mistura reacional era constituída por 1,75 mol de A2, 0,7 mol de B2 e 1,35 mol de AB2.
Grupo III
Os sistemas em equilíbrio químico são dinâmicos e passíveis de responder às mudanças nas condições sob as quais ocorrem as reações. A resposta do sistema significa alteração do estado de equilíbrio. Tal significa variaçãodas quantidades de reagentes e produtos presentes e até mesmo, em certos casos, alteração no valor da constante de equilíbrio.
O Princípio de Le Châtelier permite prever qualitativamente o que ocorre num sistema quando determinada alteração é imposta.
1.	A produção industrial do hidrogênio, H2, é feita a partir da reformação do metano, CH4,com vapor de água (steam-reforming). Uma das reações envolvidas nesse processo pode ser traduzida pela seguinte equação química:
CO (g) + H2O (g) ⇌ CO2 (g) + H2 (g) ; ∆H < 0
1.1	O gráfico traduz a evolução das concentrações dos reagentes e dos produtos, ao longo do tempo.
a) Selecione a opção que completa corretamente a frase.
«O sistema químico considerado … inicialmente em equilíbrio, evoluindo no sentido da reação … após lhe ter sido aplicada, no instante t1, uma perturbação.»
(A) não se encontrava ... direta,
(B) não se encontrava ... inversa,
(C) encontrava-se ... direta,
(D) encontrava-se ... inversa,
b) Selecione a opção que apresenta a alteração imposta ao sistema reacional.
(A) Aumento da temperatura
(B) Diminuição da temperatura
(C) Adição de CO2 (g) e de H2 (g).
(D) Adição de CO (g) e de H2O (g).
1.2	Comente a seguinte afirmação:
«Um aumento da pressão do sistema reacional em equilíbrio, a temperatura constante, não terá influência no processo de produção do H2.»
1.3	Conclua, justificando, como variará a constante de equilíbrio, Kc, da reação considerada se a temperatura aumentar.
2.	A decomposição do iodeto de hidrogénio pode ser traduzida pela seguinte equação química:
2 HI (g) ⇌ H2 (g) + I2 (g)
O gráfico da evolução temporal das velocidades das reações direta e inversa apresenta-se a seguir.
No instante t1 ocorreu:
(A) adição de um catalisador.	(B) adição de HI (g).
(C) adição de H2 (g).	(D) diminuição de volume do sistema reacional.
3.	Do ponto de vista industrial, a reversibilidade de um processo é uma desvantagem na produção, pois muitas reações de grande importância económica não levam à completa transformação de reagentes em produtos. 
Um exemplo típico é o processo para a produção industrial de amoníaco, NH3, a partir da reação:
N2 (g) + 3 H2 (g) ⇌ 2 NH3 (g) ; H 0
Com o objetivo de otimizar a produção de NH3, num laboratório realizou-se uma experiência, em pequena escala, para estudar a influência da temperatura e da concentração na mistura reacional em equilíbrio. O gráfico seguinte traduz os resultados obtidos.
3.1	Que alterações foram impostas ao sistema nos instantes:
a) t1.
b) t2.
3.2	Qual das alterações permite otimizar a produção de NH3? Justifique.
 3.3	Conclua, justificando, qual é o efeito no rendimento desta reação de síntese, do aumento da pressão provocada por uma diminuição do volume do sistema em equilíbrio, admitindo que a temperatura se mantém constante.
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