Cálculo das concentrações no equilíbrio ou cálculo das quantidades no equilíbrio

CÁLCULO DAS CONCENTRAÇÕES NO EQUILÍBRIO

 

O cálculo das concentrações no equilíbrio ou cálculos das quantidades  no equilíbrio é de extrema importância isto porque só com as concentrações no equilíbrio podemos calcular o valor da constante de equilíbrio Kc. Por si só o valor de Kc quando comparado ao quociente da reacção (Qc) nos permite observar se a reacção está em equilíbrio ou não. Para melhor entendermos como esses cálculos são feitos, consideremos o exemplo abaixo:

 

EXEMPLO
Em um recipiente de 2 L foram colocados 4,0 mol de PCl₅ a uma dada temperatura. Nessa temperatura, o pentacloreto de fósforo se decompõe em tricloreto de fósforo e Cloro, conforme a equação abaixo:

PCl_5(g)  ⇌  PCl_3(g)  + Cl_2(g)

Depois de atingido o equilíbrio, verifica-se que no recipiente a concentração de Cl₂ é 0,8 mol/L. Calcule a constante de equilíbrio (Kc).

 

RESOLUÇÃO
Em primeiro lugar, para calcularmos   a constante de equilíbrio (Kc), temos que ter as concentrações no equilíbrio, e neste caso não nos são dadas as conmcentrações no equiíbrio de todas substâncias, portanto vamos calculá-las:

 

CÁLCULO DAS CONCENTRAÇÕES NO EQUILÍBRIO OU QUANTIDADES NO EQUILÍBRIO

Como temos 4 mol  de PCl₅ e o volume do recipiente, então vamos calcular a concentração molar do PCl₅ :

Para resolvermos exercícios deste tipo é imperioso usarmos uma tabela, ou seja, sempre que quisermos resolver exercícios deste tipo temos que usar uma tabela, na qual são ilustradas 3 situações, que são: início, reagiu ou formou e equiliíbrio. Observe a tabela abaixo:

Fases da reacção	[PCl5]	[PCl3]	[Cl2]
Início
Reagiu/formou
Equiliíbrio

 

No início vamos colocar as quantidades iniciais, como no início ainda não temos as concentrações dos produtos, pois a reacção ainda não ocorreu, logo, as concentrações de PCl₃ e Cl₂ são nulas, ou seja, iguais a zero (0). O que existe no inicio são os reagentes, e neste caso temos o reagente PCl₅, pelo que os 2 mol/L conforme calculamos acima correspondem a concentração de PCl₅ no início, então vamos colocar estes dados na tabela logo na primeira linha:

Fases da reacção	[PCl5]	[PCl3]	[Cl2]
Início	2	0	0
Reagiu/formou
Equiliíbrio

 

Feita esta parte, sabemos que no equilíbrio temos 0,8 mol/L de Cl₂, então vamos colocar este dado na terceira linha:

Fases da reacção	[PCl5]	[PCl3]	[Cl2]
Início	2	0	0
Reagiu/formou
Equiliíbrio			0,8

 

Como no início não havia nada de Cl₂ e no equilíbrio temos 0,8 mol/L de Cl₂, então concluímos que formou-se 0,8 mol/L de Cl₂, então vamos colocar este dado na segunda linha:

Fases da reacção	[PCl5]	[PCl3]	[Cl2]
Início	2	0	0
Reagiu/formou			0,8
Equiliíbrio			0,8

 

Agora vamos calcular a quantidade de PCl₅ que reagiu e de PCl₃ que formou-se. Para isso vamos usar os coeficientes estequiométricos da nossa equação, cuja proporção é: 1 : 1 : 1.

QUANTIDADE DE PCl₅ QUE REAGIU:

Pela equação:

PCl_5(g)  ⇌  PCl_3(g)  + Cl_2(g)

1 mol PCl₅  __________  1 mol Cl₂
X  PCl₅  ______________  0,8 mol/L Cl₂
1 mol PCl₅ ∙ 0,8 mol/L Cl₂ = X ∙  1 mol Cl₂

 
X = 0,8 mol/L de PCl₅

QUANTIDADE DE PCl₃ QUE SE FORMOU:

Pela equação:

PCl_5(g)  ⇌  PCl_3(g)  + Cl_2(g)

1 mol de PCl₃  _________ 1 mol de Cl₂

Y de PCl₃  ________ 0,8 mol/L de Cl₂

1 mol de PCl₃ ∙  0,8 mol/L de Cl₂ = Y de PCl₃ ∙ 1 mol de Cl₂

Y = 0,8 mol/L de PCl₃

Bom, já que reagiram 0,8 mol/L de PCl₅ e se formaram 0,8 mol/l de PCl₃, então vamos colocar estes dados na segunda linha:

Fases da reacção	[PCl5]	[PCl3]	[Cl2]
Início	2	0	0
Reagiu/formou	0,8	0,8	0,8
Equiliíbrio			0,8

 

Sabemos que quando uma reacção química ocorre, os reagentes são consumidos e os produtos vão sendo formados, portanto, a quantidade dos reagentes vai diminuindo e a dos produtos aumentando.
Então para acharmos as concentrações no equilíbrio, no caso dos reagentes, da quantidade ou conentração inicial vamos subtrair a quantidade que reagiu. E no caso dos produtos vamos adicionar ou somar a quantidade quantidade inicial e a quantidade que se formou.

Na quantidade que reagiu (da segunda linha) nos reagentes, vamos colocar esse valor com sinal negativo, isto mostra-nos que da quantidade que tínhamos no início foi consumida a quantidade que reagiu. Já para os produtos, da quantidade que se formou (segunda linha) vamos colocar esses valores positivos. Observe a tabela:

 

Fases da reacção	[PCl5]	[PCl3]	[Cl2]
Início	2	0	0
Reagiu/formou	– 0,8	+ 0,8	+ 0,8
Equiliíbrio			0,8

ATENÇÃO!
Sempre que for reagente ou forem reagentes subtraimos e quando for produto ou forem produtos somamos ou adicionamos.

Portanto, os resultados das operações acima ilustradas, são as concentrações no equilíbrio ou quantidades no equilíbrio:

Fases da reacção	[PCl5]	[PCl3]	[Cl2]
Início	2	0	0
Reagiu/formou	– 0,8	+ 0,8	+ 0,8
Equiliíbrio	2 – 0,8 = 1,2	0 + 0,8 = 0,8	0 + 0,8 = 0,8

 

Portanto:

Fases da reacção	[PCl5]	[PCl3]	[Cl2]
Início	2	0	0
Reagiu/formou	– 0,8	+ 0,8	+ 0,8
Equiliíbrio	1,2	0,8	0,8

 

Tendo já as concentrações no equilíbrio, podemos calcular a constante de equilíbrio (Kc): observe:

DADOS
[PCl₅] = 1,2 mol/L

[PCl₃] = 0,8 mol/L

[Cl₂] = 0,8 mol/L

A constante de equilíbrio em função das concentrações é o produto das concentrações dos produtos, dividido pelo produto das concentrações dos reagentes onde cada concentração está elevada a seu coeficiente estequiométrico da equação química.

 EXERCÍCIO RESOLVIDO:

Dada a equação da reação: 2HI_(g) ⇌ H_2(g) + I_2(g)
A reacção inicia com 0,100 mol/L de HI. No estado de equilíbrio estavam presentes 0,010 mol/L de H₂.
A. quais são as concentrações de HI e I₂ no estado de equilíbrio?
B. Calcule a Constante de equilíbrio (Kc):

RESOLUÇÃO
Para resolver questões deste tipo é imperioso usar uma tabela, na qual ilustraremos 3 fases, as quais são: início, quantidade que reagiu/formou e equilíbrio, Observe  a tabela abaixo:

Fases da reacção	[HI]	[H2]	[I2]
Início
Reagiu/formou
Equiliíbrio

 
Já temos as três fases ilustradas na tabela, então vamos continuar. Como podemos observar a primeira linha será preenchida pelas quantidades iniciais. Como a reacção ainda não ocorreu então ainda não temos produtos, logo a concentração dos produtos no início é nula, ou seja, é igual a zero (0). O que existe no início são os reagentes, e o exercício diz que temos no início 0,100 mol/L de HI, então vamos começar a preencher a nossa tabela:

 

Fases da reacção	[HI]	[H2]	[I2]
Início	0,100	0	0
Reagiu/formou
Equiliíbrio

 

O exercício informa-nos ainda que temos no estado de equilíbrio, 0,010 mol/L de H₂, portanto esta concentração será colocada na terceira linha:

Fases da reacção	[HI]	[H2]	[I2]
Início	0,100	0	0
Reagiu/formou
Equiliíbrio		0,010

 
Bom, sabemos que no equilíbrio restam 0,010 mol/L de H₂, mas como no início não tínhamos nenhuma concentração de H₂, o que nos leva a concluir que se formaram 0,010 mol/L de H₂, isto é lógico se no início não havia nada e no fim temos 0,010 mol/L de H₂, logo esta mesma quantidade é que se formou, portanto, vamos colocar este valor na segunda linha:

Fases da reacção	[HI]	[H2]	[I2]
Início	0,100	0	0
Reagiu/formou		0,010
Equiliíbrio		0,010

Agora para achar as quantidades de HI e I₂ vamos usar os coeficientes estequiométricos da equação, para isso vamos usar a Regra de três simples.

Como sabemos que formaram-se 0,010 mol/L de H₂ então a partir desta concentração vamos calcular as quantidades de HI e I2:

 

QUANTIDADE DE HI QUE REAGIU:

2HI ⇌ H₂ + I₂

A equação química mostra-nos a seguinte proporção: 2:1:1

2 mol de HI ___________ 1 mol de H₂

X mol/L  _______________ 0,010 mol/L

X = 0,020 mol/L de HI.

QUANTIDADE DE I₂ QUE SE FORMOU

Considerando as mesmas proporções estequiométricos dadas pela equação: 2:1:1, temos que:
1 mol de H₂ está pra 1 mol de I₂, logo 0,010 mol/L de H₂ estão pra X de I₂, então podemos escrever:
1 mol de H₂  __________ 1 mol de I₂

0,010 mol/l  ___________ X

X = 0,010 mol/L de I₂

Portanto já sabemos que reagiram 0,020 mol/L de Hi e formou-se 0,010 mol/l de I₂. Então colocaremos estes valores na segunda linha:

Fases da reacção	[HI]	[H2]	[I2]
Início	0,100	0	0
Reagiu/formou	0,020	0,010	0,010
Equiliíbrio		0,010

Se reagiu 0,020 mol/l de HI sendo que no início tínhamos 0,100 mol/ de HI, que quantidade de HI restou no equilíbrio? Bom, como sabemos numa reacção química os reagentes vão sendo consumidos à medida que os produtos vão se formando, portanto, do valor inicial de HI, 0,100 mol/L vamos subtrair a quantidade de HI que reagiu: 0,100 – 0,02 = 0,08, portanto, concluímos que no equilíbrio restaram 0,08 mol/L de HI.

Já para o caso do I₂, como no início não havia nada , então chega-se a conclusão de que formou-se 0,010 mol/L de I₂ e a mesma quantidade restou no equilíbrio.

Fases da reacção	[HI]	[H2]	[I2]
Início	0,100	0	0
Reagiu/formou	- 0,020	+ 0,010	+ 0,010
Equiliíbrio	0,100 – 0,020	0 + 0,010	0 + 0,010

 

Portanto:

Fases da reacção	[HI]	[H2]	[I2]
Início	0,100	0	0
Reagiu/formou	- 0,020	+ 0,010	+ 0,010
Equiliíbrio	0,08	0,010	0,010

Como viu achamos as concentrações no equilíbrio, então vamos escrever a resposta
A. As concentrações no equilíbrio são: [HI],= 0,08 mol/L e [I₂] = 0,010 mol/L.

B. A constante de equilíbrio relaciona a concentração dos produtos e a concentração dos reagentes:

2HI ⇌ H₂ + I₂

EXERCÍCIOS PARA RESOLVER:

Com estes exercícios pretendo fazer com que você pratique o que você aprendeu com este post, por isso deixarei aqui somente as respostas dos exercícios, isto para teres a certeza de que os teus cálculos estão ou não correctos, portanto, siga todos os passos acima explicados para uma resolução correcta.

EXERCÍCIO - 1:

EXAME DE QUÍMICA DA 12^a CLASSE DO ESG DE MOÇAMBIQUE - 2014 - 1^a Época nr:  19:
 Num recipiente vazio de 400 cm³ introduziram-se 2,0 moles de um composto “X”, 10 moles de composto “L” e 1,5 moles do composto “Y” a uma determinada temperatura. Fechou-se o recipiente e aguardou-se que fosse atingido o equilíbrio traduzido por :

L_(s) + 3X_(g)  ⇌ 2Y_(g)+ 2W_(g).

No estado de equilíbrio estavam presentes 0,32 moles de W.

Qual é o valor da constante de equilíbrio?

A 0,24      B 0,30     C 0,34   D 0,40

Resposta: alternativa: A.

Dica: não use a concentração do "L" no cálculo do Kc pois está no estado sólido. E substâncias no estado sólido não "entram" na expressão de Kc pois têm concentração constante.

EXERCÍCIO - 2:

EXAME DE QUÍMICA DA 12^a CLASSE DO ESG DE MOÇAMBIQUE - 2014 - 1^a Época nr: 22

Num recipiente de 2,0 dm³, estão em equilíbrio 8,0 moles de PCl₅, 6,0 moles de Cl₂ e 12,0 moles de PCl₃, segundo a equação: PCl_5(g) ⇌ PCl_3(g) + Cl_2(g).

Qual é o valor da constante de equilíbrio?

A 0,11     

B 0,22     

C 4,5    

D 9

Resposta: alternativa: C

 

EXERCÍCIO - 3:

EXAME DE QUÍMICA DA 12^a CLASSE DO ESG DE MOÇAMBIQUE - 2014 - 2^a ÉPOCA - Questão 22:

Num recipiente de volume 10 dm³ põe-se 0,50 moles de N₂O₄. O equilíbrio que se estabelece é N₂O_4(g) ⇌ 2NO₂. No estado de equilíbrio restam ainda 0,10 moles de N₂O₄.

Qual é a constante de equilíbrio?

A Kc = 6,5.10^-2 mol.dm³       C Kc = 6,0.10^-1 mol.dm³

B Kc = 6,4.10^-2 mol.dm³       D Kc = 6,0.10^-2 mol.dm³

Resposta: alternativa: B.

EXERCÍCIO - 4:

Uma mole da substância A reage com uma mole de substância B, estabelecendo-se o seguinte equilíbrio: A + B ⇌ C + D. Quando se alcança o estado de equilíbrio verifica-se 3/4 de cada um dos reagentes transforma-se em C e D. Calcule a constante de equilíbrio.

Resposta: Kc = 9

EXERCÍCIO - 5:

Considere o seguinte equilíbrio: N₂O_4(g) ⇌ 2NO_2(g) . Numa detrerminada experiência colocou-se 0,625 moles de N₂O₄ num recipiente de 5 litros. A concentração dessa substância (N₂O₄) no equilíbrio foi de 0,075M. Calcule a constante de equilíbrio.

Resposta: Kc = 0,13.

 

 

REVISÃO: 10/11/2020