PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 10 (Química) da 2ª fase do ITA 2019
Considere a reação genérica \ce{2A(g) <=> B(g)}. No instante inicial, apenas o reagente A está presente. Sabendo que a reação direta é exotérmica, construa os gráficos de concentração de cada substância em função do tempo de reação para as seguintes condições:
a) desde o instante inicial até o equilíbrio, na presença e na ausência de catalisador.
b) a partir do equilíbrio inicial, com um rápido aumento da temperatura, até um novo equilíbrio.
c) a partir do equilíbrio inicial, com um rápido aumento da pressão, até um novo equilíbrio.
d) a partir do equilíbrio inicial, com a remoção rápida de 50\% do produto B, até um novo equilíbrio.
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Resolução comentada
a) No início só existe A, então [A]=[A]_0 e [B]=0. Pela estequiometria, 2\ \text{A} \to 1\ \text{B}, então A é consumido com o dobro da variação de B: \Delta[A]=-2\Delta[B].
Gráfico: a curva de A cai a partir de [A]_0 e a de B sobe a partir de zero. Ambas ficam constantes no equilíbrio, e a queda de A é o dobro da subida de B.
O catalisador diminui a energia de ativação das reações direta e inversa na mesma proporção. Por isso ele só acelera o processo e não muda o equilíbrio. Com catalisador, as curvas têm inclinação inicial maior e chegam antes ao patamar. Os patamares de [A]_{eq} e [B]_{eq} são os mesmos nos dois casos, porque K_c não muda. Desenhe dois pares de curvas, com o par catalisado alcançando o patamar mais cedo.
Resposta: A decresce e B cresce até patamares constantes. Com catalisador o equilíbrio é atingido mais rápido, com as mesmas concentrações finais.
b) A reação direta é exotérmica, então a inversa é endotérmica. Aumentar a temperatura desloca o equilíbrio para a esquerda, no sentido endotérmico, e K_c diminui.
Gráfico: o aumento é rápido, então no instante da perturbação as concentrações não mudam e as curvas continuam contínuas, sem degrau, a partir dos patamares iniciais. Depois disso [A] sobe e [B] diminui até novos patamares. A subida de A é o dobro da queda de B. No novo equilíbrio, [A] é maior e [B] é menor que no primeiro. A relação [B]/[A]^2 final é menor que a inicial.
Resposta: sem degrau. [A] aumenta e [B] diminui até novos patamares, com [A] final maior e [B] final menor que os iniciais.
c) O aumento rápido de pressão (compressão) reduz o volume, então as concentrações de A e B aumentam instantaneamente e na mesma proporção. Se o volume cair à metade, ambas dobram. O gráfico tem um degrau para cima nas duas curvas.
Nesse instante, Q=\dfrac{2[B]}{(2[A])^2}=\dfrac{K_c}{2}<K_c, então o equilíbrio desloca-se para a direita, para o lado com menos mols de gás (1 mol de B contra 2 mols de A). Depois do degrau, [A] diminui e [B] aumenta até novos patamares.
Os dois patamares finais ficam acima dos patamares iniciais. Isso vale mesmo para A, que cai após o degrau mas não volta ao valor antigo. K_c não muda com a pressão, e a razão [B]/[A]^2 final é igual à inicial.
Resposta: degrau para cima nas duas curvas. Depois [A] cai e [B] sobe até novos patamares, ambos mais altos que os iniciais.
d) A remoção de 50% de B faz [B] cair instantaneamente à metade, e a curva de B tem um degrau para baixo. A concentração de A não muda nesse instante.
Agora Q=\dfrac{[B]/2}{[A]^2}=\dfrac{K_c}{2}<K_c, então o equilíbrio desloca-se para a direita, para repor B. Depois do degrau, [B] sobe e [A] diminui, com a queda de A igual ao dobro da subida de B.
No novo equilíbrio, [B] fica entre metade do valor inicial e o valor inicial, ou seja, não recupera o valor original. [A] fica menor que o inicial. K_c é o mesmo.
Resposta: degrau para baixo apenas na curva de B, até metade do valor. Depois [B] aumenta, mas fica abaixo do valor original, e [A] diminui até um novo patamar menor que o inicial.
Assuntos: Deslocamento de equilíbrio (Le Chatelier), Energia de ativação e catálise.
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Fonte: ITA 2ª fase 2019 · Química. Prova oficial ↗