Constante de equilíbrio reações químicas

Estado de equilíbrio
Constante de equilíbrio das
reações direta e inversa
SÍLVIA NUNES
11º ano
Extensão das reações químicas

CONSTANTES DE EQUILÍBRIO DAS REAÇÕES
DIRETA E INVERSA
Equilíbrio químico e constantes de
equilíbrio de reações reversíveis
Que informação é dada pela
constante de equilíbrio?
Como comparar a extensão das
reações direta e inversa numa
reação reversível?
Sílvia Nunes PÁGINA 2
Extensão das reações químicas

Equilíbrio Químico
O estado de equilíbrio pode ser estabelecido a partir de qualquer combinação de
reagentes e/ou produtos, desde que todos os reagentes, ou todos os produtos,
estejam presentes no início da reação.
N2O4(g) ⇌ 2 NO2(g)
Variação das concentrações dos reagentes e dos produtos da reação com o tempo,
para diferentes concentrações iniciais, a uma temperatura T.
Sílvia Nunes
PÁGINA 3
Escola Virtual

N2O4(g) ⇌ 2 NO2(g)
Variação das concentrações dos reagentes e dos produtos da reação para diferentes
concentrações iniciais, a uma temperatura T (298 K).
A composição do estado de equilíbrio atingido depende das condições iniciais do
sistema.
Sílvia Nunes
PÁGINA 4
[N2O4] =0,020 mol dm-3
[N2O4] =0,010 mol dm-3 [NO2] =0,020 mol dm-3

TABELA I – DIFERENTES ESTADOS DE EQUILÍBRIO DA DECOMPOSIÇÃO DO TETRÓXIDO DE
DINITROGÉNIO, EM FASE GASOSA A TEMPERATURA (298 K).
N2O4(g) ⇌ 2 NO2(g)
Sílvia Nunes
PÁGINA 5
Experiência
Estado inicial
𝒄𝒊/𝒎𝒐𝒍 𝒅𝒎−𝟑
𝒄𝒆/𝒎𝒐𝒍 𝒅𝒎−𝟑 𝑵𝑶𝟐 𝒆
𝑵𝟐𝑶𝟒 𝒆
𝑵𝑶𝟐
𝟐
𝒆
N2O4 NO2 N2O4 NO2
1 0,010 0
2 0,020 0
3 0 0,020

Pode haver uma infinidade de estados de equilíbrio diferentes, mas a relação
𝐍𝐎𝟐
𝟐
𝐍𝟐𝐎𝟒
, mantém-se constante e tem o valor aproximado de 0,0065, enquanto a
temperatura se mantiver inalterada, independentemente das concentrações
iniciais.
TABELA I – DIFERENTES ESTADOS DE EQUILÍBRIO DA DECOMPOSIÇÃO DO TETRÓXIDO DE
DINITROGÉNIO, EM FASE GASOSA A TEMPERATURA CONSTANTE (298 K)
Sílvia Nunes
PÁGINA 6
Experiência
Estado inicial
𝒄𝒊/𝒎𝒐𝒍 𝒅𝒎−𝟑
𝒄𝒆/𝒎𝒐𝒍 𝒅𝒎−𝟑 𝑵𝑶𝟐 𝒆
𝑵𝑶𝟐
𝟐
𝒆
N2O4 NO2 N2O4 NO2
1 0,010 0 0,0067 0,0066 1 0,0065
2 0,020 0 0,015 0,0099 0,66 0,0065
3 0 0,020 0,0067 0,0066 1 0,0065
N2O4(g) ⇌ 2 NO2(g)

Constante de equilíbrio
Sílvia Nunes
PÁGINA 7
|A|e, |B|e, |C|e e |D|e – Valores numéricos das concentrações no
equilíbrio, sem unidades, tendo como referência mol dm−3.
Para a reação genérica: a A + b B ⇌ c C + d D,
a expressão da constante de equilíbrio Kc é:
𝐾c =
C e
c × D e
d
A e
a
× B e
b
Produtos no numerador
Reagentes no denominador
Coeficientes estequiométricos
Grandeza adimensional
Índices: “c” em K refere-se a concentrações
“e” refere-se a concentrações em equilíbrio

ATENÇÃO: Os sólidos e os líquidos puros não são escritos, pois eles possuem
concentração constante (incluída na constante de equilíbrio, Kc).
Em equilíbrios em soluções aquosas diluídas considera-se que a água está
praticamente pura, pelo que |H2O|e não aparece na constante de equilíbrio.
N2H2 (aq) + H2O (ℓ) ⇌ N2H3
+ (aq) + OH− (aq)
𝐾c =
N2H3
+
e × OH−
𝐞
N2H2 𝐞
Na expressão de Kc só devem ser expressas as concentrações de
componentes gasosos e em solução aquosa, que são as concentrações
que sofrem variações.
Sílvia Nunes
PÁGINA 8

Numa reação em que a água intervém sem ser como solvente, |H2O|e deve
aparecer na constante de equilíbrio.
É o que acontece na reação em fase líquida:
CH3COOC2H5 (l) + H2O (l) ⇌ CH3CO2H (l) + C2H5OH (l)
𝐾𝑐 =
𝐂𝐇𝟑𝐂𝐎𝟐𝐇 e × 𝐂𝟐𝐇𝟓𝐎𝐇 𝐞
𝐂𝐇𝟑𝐂𝐎𝐎𝐂𝟐𝐇𝟓 𝐞 × 𝐇𝟐𝐎 𝐞
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PÁGINA 9

• não depende das concentrações das substâncias inicialmente
presentes para sistemas químicos suficientemente diluídos;
• depende da temperatura;
• aplica-se apenas a uma equação química em particular. Se uma
equação química for escrita com coeficientes estequiométricos
diferentes, a constante de equilíbrio correspondente também será
diferente.
A constante de equilíbrio é um valor que caracteriza o equilíbrio de uma
reação química e:
Sílvia Nunes
PÁGINA 10
𝐾c =
𝐶 𝑒
𝑐
× 𝐷 𝑒
𝑑
𝐴 𝑒
𝑎
× 𝐵 𝑒
𝑏

Equilíbrio químico e constantes de
equilíbrio
Que informação é dada pela
constante de equilíbrio?
É uma medida da maior
ou menor extensão das
reações químicas
Grau de conversão
reagentes → produtos
Sílvia Nunes
PÁGINA 11
Constantes de equilíbrio
Extensão das reações

Sílvia Nunes
PÁGINA 12
Se, no equilíbrio, a concentração dos produtos for
superior à concentração dos reagentes, é favorecida a
reação direta ou a reação inversa?
𝑘𝑐 ≥ 1
Predominância dos
produtos de reação no
equilíbrio
𝐾c =
𝐶 𝑒
𝑐 × 𝐷 𝑒
𝑑
𝐴 𝑒
𝑎
× 𝐵 𝑒
𝑏

Sílvia Nunes
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Constante de equilíbrio das reações direta e inversa
C
CC
C
C
Quanto maior for a constante de equilíbrio de uma reação química,
mais extensa é a reação direta (e menos extensa é a reação inversa).

Sílvia Nunes PÁGINA 14
C
Tempo
2,000
Concentração/moldm
-3
HI
H2e I2
1,000
1,573
0,213
CONSTANTES DE EQUILÍBRIO DAS REAÇÕES DIRETA
Quanto maior for a constante de equilíbrio de uma reação química,
mais extensa é a reação direta

Sílvia Nunes
PÁGINA 15
C
Tempo
2,000
Concentração/moldm
-3
HI
H2 e I2
1,000
1,573
0,213
Quanto maior for a constante de equilíbrio de uma reação
química reversível no sentido direto (Kc), menor é o valor da
constante de equilíbrio dessa reação no sentido inverso (𝐾𝑐
′),
e vice-versa.
CONSTANTES DE EQUILÍBRIO DAS REAÇÕES INVERSA

16
t t
KC > 105
KC ≈ 100 KC < 10-2
c
c
c
t
t
A. H2(g) + Cl2(g) → 2 HCl(g) ; Kc (298 K) = 2,5 x 1033
B. H2(g) + I2(g) ⇌ 2 HI(g); Kc (298 K) = 55,0
C. N2 (g) + O2(g) ⇌ 2 NO (g); Kc (298 K) = 5,3 x 10 –31
CONSTANTES DE EQUILÍBRIO DAS REAÇÕES DIRETA
Sílvia Nunes
PÁGINA 16

1. Selecione, justificando, a afirmação correta tendo em conta a reação
apresentada e o valor da sua constante de equilíbrio.
O valor da constante de equilíbrio desta reação é constante e igual a
2,4 × 102 quaisquer que sejam as condições em que ocorre.
(A)
A reação direta é pouco extensa.
(B)
A reação inversa possui uma constante de equilíbrio igual a 2,4 × 102.
(C)
Quando atingido o equilíbrio químico há uma predominância dos
produtos da reação sobre os reagentes.
(D)
CO (g) + H2O (g) ⇌ CO2 (g) + H2 (g) Kc (200 °C) = 2,4 × 102
Sílvia Nunes
PÁGINA 17
Exercícios práticos
QUESTÃO

Opção D.
Como o Kc (200 °C) é elevado, a reação direta é muito extensa existindo,
no equilíbrio, predominância dos produtos da reação sobre os
reagentes.
Resolução:
1. Selecione, justificando, a afirmação correta tendo em conta a reação
apresentada e o valor da sua constante de equilíbrio.
CO (g) + H2O (g) ⇌ CO2 (g) + H2 (g) Kc (200 °C) = 2,4 × 102
Sílvia Nunes
PÁGINA 18
QUESTÃO

2. Considere a reação descrita pela seguinte equação química:
CO(g) + 3 H2(g) ⇌ CH4(g) + H2O(g)
Para a reação referida, a Kc obtida à temperatura de 1000 K foi 3 × 102
.
QUESTÃO
a) Escreva a expressão da constante de equilíbrio da reação.
b) Calcule o valor da constante de equilíbrio da reação inversa à temperatura
de 1000 K.
Sílvia Nunes
PÁGINA 19
𝐾𝑐 =
CH4 𝑒 H2O 𝑒
CO 𝑒 H2 𝑒
3

QUESTÃO
Sílvia Nunes
PÁGINA 20
3.
O metanol é uma substân
solvente ou como reagen
O metanol é produzido po
monóxido de carbono com
seguinte equação química
CO (g) + 2
A 327ºC, a constante de e
essa temperatura, as conc
H2 forem, respetivamente
calcule a concentração de

4. Num recipiente de 10 litros introduziu-se uma mistura de 4 moles de N2(g) e 12
moles de H2(g).
a) Escreva a reação química do equilíbrio.
b) Num estado de equilíbrio observou-se que havia 0,92 moles de NH3(g),
determine as concentrações de N2 e H2 no equilíbrio e a respetiva constante Kc.
Sílvia Nunes
PÁGINA 21
QUESTÃO

Equação química N2(g) + 3H2(g) 2 NH3(g)
𝑛𝑖/ mol
∆𝒏 /mol
𝑛𝑒/mol
𝑐𝑒/mol dm-3
b) Num estado de equilíbrio observou-se que havia 0,92 moles de NH3(g), determine as
concentrações de N2 e H2 no equilíbrio e a respetiva constante Kc.
⇌
Sílvia Nunes
PÁGINA 22

Equação química N2(g) + 3H2(g) 2 NH3(g)
𝑛𝑖/ mol 4 12 0
∆𝒏 /mol -𝑥 -3𝑥 +2𝑥
𝑛𝑒/mol 4-𝑥 12-3𝑥 2𝑥
4-0,46 12-3x0,46 0,93
𝑐𝑒/mol dm-3 3,54
10
10,62
10
0,92
10
0,92 moles de NH3 no equilíbrio
b) Num estado de equilíbrio observou-se que havia 0,92 moles de NH3(g), determine as
concentrações de N2 e H2 no equilíbrio e a respetiva constante Kc.
2𝑥 = 0,93 ֞ 𝑥 = 0,46 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠
֞ 𝐾𝑐 =
(0,092)2
(0,354) × (1,062)3
= 1,996 × 10−2
⇌
Sílvia Nunes
PÁGINA 23
𝐾c =
𝑁𝐻3 𝑒
2
𝑁2 𝑒 × 𝐻2 𝑒
3

QUESTÃO
Sílvia Nunes
PÁGINA 24
Exame Nacional 2017 - 2º fase
5.
a)

QUESTÃO
Sílvia Nunes
PÁGINA 25
5a)

QUESTÃO
Sílvia Nunes
PÁGINA 26
6.

Sílvia Nunes
PÁGINA 27
Equação química PCl5(g) PCl3(g) Cl2(g)
𝑛𝑖/ mol 3 0,80 0
∆𝒏 /mol -𝑥 +𝑥 +𝑥
𝑛𝑒/mol 3-𝑥 0,8+𝑥 +𝑥
2,70 1,10 0,30
𝑐𝑒/mol dm-3 2,70
2,5
=1,08
1,10
2,5
=0,44
0,3
2,5
= 0,12
⇌
⇒ Como o volume do reator é de 2,5 dm3 , as concentrações no estado de equilíbrio são:
Como não reagiu 90% da quantidade inicial de PCℓ5 , o rendimento, η , é de 10% ⇒
𝑥 = 0,1 × 3 = 0,3 𝑚𝑜𝑙
6.

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