PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 26 da UFPR 2006

1ª fase · Química: Deslocamento de equilíbrio (Le Chatelier)

Por milhares de anos, os compostos de nitrogênio têm sido adicionados ao solo para aumentar a produtividade das safras de alimentos. Antigamente, o único modo efetivo era adicionar “nitrogênio orgânico”, isto é, adubo. No século XIX, tornou-se prática comum, nos Estados Unidos e Europa Ocidental, o uso de nitrato de sódio (\ce{NaNO3}), importado do Chile. Em 1908, Fritz Haber, na Alemanha, demonstrou que o nitrogênio atmosférico podia ser fixado por reação com hidrogênio, formando amônia. A reação que Haber usou era:

\ce{N2 (g) + 3 H2 (g) <=> 2 NH3 (g)} \qquad \Delta\text{H} = -92{,}4\text{ kJ} \quad \text{e} \quad \text{Kc} = 5\times 10^8\text{ (a } 25\ ^\circ\text{C})

O processo Haber é hoje o principal processo não-natural de produção de nitrogênio fixado no mundo, mas sua viabilidade depende da escolha de condições sob as quais nitrogênio e hidrogênio reagirão rapidamente para produzir amônia com alto rendimento. Com base nessas informações e na expressão da constante de equilíbrio (\text{Kc} = \frac{[\ce{NH3}]^2}{[\ce{N2}].[\ce{H2}]^3}), considere as seguintes afirmativas acerca da reação de produção de amônia:

I. O valor de Kc indica que à temperatura ambiente a produção de amônia é favorecida.
II. Baixas pressões diminuem a produção de amônia.
III. Altas temperaturas aumentam a produção de amônia.
IV. A entalpia dos produtos é menor que a entalpia dos reagentes.

Assinale a alternativa correta.

  1. A
    Somente as afirmativas III e IV são verdadeiras.
  2. B
    Somente as afirmativas II e III são verdadeiras.
  3. C
    Somente as afirmativas I, II e III são verdadeiras.
  4. D
    Somente as afirmativas I, II e IV são verdadeiras.
  5. E
    Somente as afirmativas II, III e IV são verdadeiras.
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Resolução comentada

Vamos avaliar cada afirmativa com base no equilíbrio \ce{N2 + 3 H2 <=> 2 NH3}, que é exotérmico (\Delta H<0) e tem 4 mol de gás nos reagentes e 2 mol nos produtos.

I (verdadeira). Kc é a razão entre as concentrações dos produtos e as dos reagentes. Com K_c = 5\times 10^8, muito maior que 1, o equilíbrio está muito deslocado para a formação de \ce{NH3} a 25 °C.

II (verdadeira). Pelo princípio de Le Chatelier, o aumento de pressão favorece o lado com menos mol de gás, ou seja, a amônia (2 mol contra 4 mol). Logo, baixas pressões deslocam o equilíbrio para os reagentes e diminuem a produção de amônia.

III (falsa). A reação direta é exotérmica. Elevar a temperatura favorece o sentido endotérmico, que é o inverso (decomposição da amônia). Então altas temperaturas diminuem o rendimento. Na prática, a temperatura alta só é usada para aumentar a velocidade da reação.

IV (verdadeira). Como \Delta H = H_{\text{produtos}} - H_{\text{reagentes}} = -92{,}4\ \text{kJ}<0, a entalpia dos produtos é menor que a dos reagentes.

São verdadeiras I, II e IV.

Alternativa D.

Pegadinha: A afirmativa III engana quem associa temperatura alta a maior rendimento; em reação exotérmica ela desloca o equilíbrio para os reagentes, embora aumente a velocidade.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AConsidera a III verdadeira, mas temperatura alta desfavorece a reação exotérmica, e omite I e II.
  • BInclui a III, que é falsa, e exclui a I e a IV, que são verdadeiras.
  • CInclui a III (falsa) e deixa de fora a IV, que é verdadeira, pois ΔH negativo implica H dos produtos menor.
  • EInclui a III (falsa) e omite a I, já que Kc muito grande indica produção favorecida.

Assuntos: Deslocamento de equilíbrio (Le Chatelier), Constante de equilíbrio (Kc e Kp).

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Fonte: UFPR 2006 · 1ª fase. Prova oficial ↗