Nível 2

Um reator é carregado com $\ce{PCl5}$ e aquecido até $\pu{556 K}$, onde ocorre a reação: $$\ce{ PCl5(g) <=> PCl3(g) + Cl2(g) } \quad K = 5$$ No equilíbrio a pressão total é $\pu{15 atm}$.

Determine o grau de decomposição do $\ce{PCl5}$ no equilíbrio.

Um reator é carregado com $\ce{P4}$ e aquecido até $\pu{1325 K}$, onde ocorre a reação: $$\ce{ P4(g) <=> 2 P2(g) } \quad K = \pu{0,1}$$ No equilíbrio a pressão total é $\pu{1 atm}$.

Determine o grau de dissociação de $\ce{P4}$ no equilíbrio.

A $\pu{5000 K}$ e $\pu{1 atm}$, $83\%$ das moléculas de oxigênio em uma amostra estão dissociadas em oxigênio atômico.

1. Determine a constante de equilíbrio para a dissociação do oxigênio.

2. Determine a pressão em que $95\%$ das moléculas de oxigênio estarão dissociadas em $\pu{5000 K}$.

Um reator é carregado com $\ce{CCl4}$ e aquecido até $\pu{700 \degree C}$, onde ocorre a reação: $$\ce{ CCl4(g) <=> C(s) + 2 Cl2(g) } \quad K = \pu{0,8}$$ No equilíbrio a pressão total é $\pu{1,2 atm}$.

Determine a pressão inicial de tetracloreto de carbono.

Um balão de $\pu{1 L}$ é carregado com $\pu{0,64 bar}$ de fosfina. O sistema é mantido em $\pu{25 \degree C}$ e o equilíbrio é estabelecido: $$\ce{ 2 PH3(g) <=> 2 P(s) + 3 H2(g) }$$ No equilíbrio a pressão total é $\pu{0,93 atm}$.

1. Determine a massa de fósforo produzida no equilíbrio.

2. Determine a constante de equilíbrio para essa reação.

Um cilindro é carregado com $\ce{N2O4}$. O sistema é mantido em $\pu{25 \degree C}$ e o equilíbrio é estabelecido: $$\ce{ N2O4(g) <=> 2 NO2(g) }$$ No equilíbrio, $\pu{16}\%$ do $\ce{N2O4}$ está dissociado e a pressão total é $\pu{1,5 atm}$.

O volume do cilindro é aumentado até que a pressão total seja $\ce{1 atm}$.

1. Determine a constante de equilíbrio da reação.

2. Determine a pressão parcial de $\ce{NO2}$ no equilíbrio.

3. Determine a fração de $\ce{N2O4}$ dissociado no equilíbrio.

Um balão é carregado com $\pu{88 g}$ de $\ce{SO3}$. O sistema é aquecido até $\pu{600 \degree C}$ e o equilíbrio é estabelecido: $$\ce{ SO3(g) <=> SO2(g) + 1/2 O2(g) }$$ No equilíbrio a densidade da fase gasosa é $\pu{1,6 g.L-1}$ e a pressão total é $\pu{1,8 atm}$.

Determine a constante de equilíbrio da reação.

Um reator equipado com um pistão que se move livremente é carregado com $\ce{NOBr}$. A densidade da gás é $\pu{4,4 g.L-1}$. O sistema é mantido em $\pu{25 \degree C}$ e o equilíbrio é estabelecido: $$\ce{ 2 NOBr(g) <=> 2 NO(g) + Br2(g) }$$ No equilíbrio a densidade da fase gasosa é $\pu{4,0 g.L-1}$.

1. Determine a constante de equilíbrio dessa reação.

2. Explique o efeito da adição de argônio ao reator.

Um reservatório de $\pu{6 L}$ é carregado com $\pu{79,2 g}$ de gelo seco e $\pu{30 g}$ de carvão mineral em pó. O sistema é aquecido até $\pu{1000 K}$ e o equilíbrio é estabelecido: $$\ce{ CO2(g) + C(s) <=> 2 CO(g) }$$ No equilíbrio a densidade da fase gasosa é $\pu{14 g.L-1}$. Em $\pu{1100 K}$, a constante de equilíbrio da reação é $22$.

1. Determine a constante de equilíbrio da reação a $\pu{1000 K}$

2. Classifique a reação como endotérmica ou exotérmica.

Em fase gasosa, o ácido acético sofre dimerização conforme a reação: $$\ce{ 2 CH3COOH(g) <=> (CH3COOH)2(g) }$$ Em um recipiente de $\pu{20 mL}$ em $\pu{160 \degree C}$ foram coleados $\pu{40,7 mg}$ de vapor de ácido acético sob $\pu{1 atm}$. Quando o mesmo experimento foi realizado em $\pu{200 \degree C}$, $\pu{33,4 mg}$ de gás foram coletados no mesmo recipiente de $\pu{20 mL}$.

1. Determine a constante de equilíbrio para a dimerização do ácido acético em $\pu{160 \degree C}$.

2. Determine a constante de equilíbrio para a dimerização do ácido acético em $\pu{200 \degree C}$.

3. Determine a entalpia de dimerização do ácido acético.

Um balão de $\pu{1 L}$ foi carregado com $\pu{4,8 g}$ de metanol. O sistema é aquecido até $\pu{250 \degree C}$ e o equilíbrio é estabelecido: $$\ce{ CH3OH(g) <=> CO(g) + 2 H2(g) }$$ Um frasco é preenchido por um pequeno orifício na lateral do balão. A quantidade de hidrogênio que efunde para o frasco é $\pu{32}$ vezes maior que a quantidade de metanol.

1. Determine a razão entre a quantidade de hidrogênio e metanol na mistura em equilíbrio.

2. Determine a constante de equilíbrio para essa reação.

Um balão de $\pu{250 mL}$ foi carregado com $\pu{420 Torr}$ de uma mistura equimolar de monóxido de carbono e vapor d’água. O sistema é aquecido até $\pu{700 \degree C}$ e o equilíbrio é estabelecido: $$\ce{ CO(g) + H2O(g) <=> CO2(g) + H2(g) }$$ Um frasco é preenchido por um pequeno orifício na lateral do balão. A quantidade de hidrogênio que efunde para o frasco é $\pu{2,25}$ vezes maior que a quantidade de vapor d’água.

1. Determine a razão entre a quantidade de hidrogênio e vapor d’água na mistura em equilíbrio.

2. Determine a constante de equilíbrio para essa reação.

Em solução de tetracloreto de carbono, o tetracloreto de vanádio sofre dimerização formando $\ce{V2Cl8}$: $$\ce{ 2 VCl4(org) <=> V2Cl8(org) }$$ Em um experimento, $\pu{6,76 g}$ de $\ce{VCl4}$ foram dissolvidos em $\pu{100 g}$ de tetracloreto de carbono em $\pu{0 \degree C}$. Após certo tempo, a mistura alcançou o equilíbrio, sendo a densidade $\pu{1,78 g.cm-3}$. O ponto de fusão da solução é $\pu{-29 \degree C}$

A temperatura de congelamento do $\ce{CCl4}$ é $\pu{-23\degree C}$ e sua constante do ponto de congelamento é $k_\mathsf{c} = \pu{30 K.kg.mol-1}.$

1. Determine o grau de dimerização do tetracloreto de vanádio.

2. Determine a constante de equilíbrio de dimerização.

O propionato de metila, $\ce{CH3CH2COOCH3}$, sofre hidrólise em solução aquosa formando ácido propanoico e metanol, conforme a reação: $$\ce{ RCOOCH3(aq) + H2O(l) <=> RCOOH(aq) + CH3OH(aq) }$$ Em um experimento, $\pu{880 mg}$ de propionato de metila foram dissolvidos em $\pu{100 mL}$ de água em $\pu{25 \degree C}$. Após certo tempo, a mistura alcançou o equilíbrio. O ponto de fusão da solução é $\pu{-0,23 \degree C}$. Desconsidere a ionização do ácido carboxílico formado.

A constante crioscópica da água é $k_\mathsf{c} = \pu{1,86 K kg mol-1}.$

1. Determine o grau de hidrólise do éster.

2. Determine a constante de equilíbrio de hidrólise do éster.

Em um reator mantido em temperatura constante ocorre a reação: $$\ce{ N2O4(g) <=> 2 NO2(g) }$$ No equilíbrio, a pressão parcial de $\ce{N2O4}$ era $\pu{0,34 atm}$ e a de $\ce{NO2}$ era $\pu{2 atm}$. O volume do recipiente é duplicado mantendo a temperatura constante e o equilíbrio é reestabelecido.

1. Determine a constante de equilíbrio da reação.

2. Determine a pressão parcial de $\ce{N2O4}$ no equilíbrio.

Sob $\pu{1 atm}$, $\pu{0,5}\%$ do pentóxido de nitrogênio em um cilindro está decomposto devido a reação: $$\ce{ 2 N2O5(g) <=> 4 NO2(g) + O2(g) }$$ O volume do cilindro é aumentado em dez vezes e o equilíbrio é reestabelecido.

1. Determine a pressão parcial de $\ce{O2}$ no equilíbrio.

2. Determine a fração de $\ce{N2O5}$ que sofre decomposição devido ao aumento do volume.

Um reator de $\pu{5 L}$ é carregado com $\pu{2 mol}$ de $\ce{NH3}$, $\pu{2 mol}$ de $\ce{H2S}$ e $\pu{2 mol}$ de $\ce{NH4HS}$. O sistema é mantido em $\pu{35 \degree C}$ e o equilíbrio é estabelecido: $$\ce{ NH3(g) + H2S(g) <=> NH4HS(s) } \quad K_\mathrm{c} = 400$$

1. Determine pressão parcial de $\ce{H2S}$ no equilíbrio.

2. Determine a massa de $\ce{NH4HS}$ no equilíbrio.

Uma amostra de $\pu{25 g}$ de carbamato de amônio, $\ce{NH4(NH2CO2)}$, é adicionada em um recipiente de $\pu{250 mL}$. O sistema é mantido em $\pu{25 \degree C}$ e o equilíbrio é estabelecido: $$\ce{ NH4(NH2CO2)(s) <=> 2 NH3(g) + CO2(g) }$$ No equilíbrio, a massa de dióxido de carbono é $\pu{17,4 mg}$.

Determine a constante de equilíbrio $K_\mathrm{c}$ da reação.

Um reator de $\pu{1 L}$ é carregado com $\pu{10 g}$ de bicarbonato de sódio. O sistema é aquecido até $\pu{125 \degree C}$ e o equilíbrio é estabelecido: $$\ce{ 2 NaHCO3(s) <=> Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g) } \quad K = \pu{0,25}$$

1. Determine a pressão parcial de $\ce{CO2}$ no equilíbrio.

2. Determine a massa de bicarbonato de sódio no equilíbrio.

3. Determine o volume mínimo do reator necessário para a decomposição de todo o bicarbonato.

Quando $\ce{NaHCO3}$ sólido é colocado em um recipiente rígido de $\pu{2,5 L}$ e aquecido até $\pu{160 \degree C}$ o equilíbrio é estabelecido: $$\ce{ 2 NaHCO3(s) <=> Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g) }$$ No equilíbrio, a pressão total é $\pu{8 bar}$.

Em um segundo experimento, é adicionada a mesma massa de sólido em um recipiente de mesmo volume com $\pu{1 bar}$ de $\ce{CO2}$.

1. Determine a constante de equilíbrio da reação.

2. Determine a pressão parcial de $\ce{CO2}$ no equilíbrio no segundo experimento.

Uma alíquota de $\pu{25 mL}$ de uma solução aquosa contendo $\pu{2 mg}$ de iodo é agitada com $\pu{5 mL}$ de $\ce{CCl4}$ e, em seguida, as soluções se separam. O equilíbrio de partição do iodo entre água e $\ce{CCl4}$ é: $$\ce{ I2(aq) <=> I2(org) } \quad D = \pu{82}$$

1. Determine a quantidade de iodo remanescente na solução aquosa após a extração.

2. Determine o número de etapas de extração para que a concentração de iodo na fase aquosa seja inferior a $\pu{1 ppm}$.

A penicilina pode ser purificada por extração. O equilibrio de partição da penicilina-F entre éter isopropílico e uma solução aquosa de fosfato é: $$\ce{ \text{penicilina-F}(aq) <=> \text{penicilina-F}(org) } \quad D_\mathrm{F} = \pu{0,70}$$ O equilíbrio de partição correspondente para a penicilina-G é: $$\ce{ \text{penicilina-G}(aq) <=> \text{penicilina-G}(org) } \quad D_\mathrm{G} = \pu{0,35}$$ Uma amostra de penicilina-G possui $\pu{10}\%$ de penicilina-F como impureza. Essa amostra é dissolvida na solução aquosa de fosfato e extraída com o mesmo volume de éter isopropílico. O processo de extração é repetido até que a fração de impureza na penicilina seja inferior a $\pu{4}\%$.

1. Determine a fração de impureza após a primeira extração.

2. Determine o número de etapas de extração realizadas.

3. Determine a fração da penicilina-G inicial remanescente na solução aquosa após as extrações.

Um reator de $\pu{10 L}$ é carregado com $\pu{1 atm}$ de gás fosgênio, $\ce{COCl2}$. O sistema é aquecido até $\pu{1000 K}$ e os equilíbrios são estabelecidos: $$\begin{aligned} \ce{ COCl2(g) &<=> CO(g) + Cl2(g) } && K_1 = \pu{8,0e-2} \\ \ce{ Cl2(g) &<=> 2 Cl(g) } && K_2 = \pu{2,5e-5} \end{aligned}$$

1. Determine a pressão parcial de $\ce{Cl2}$ no reservatório.

2. Determine a pressão parcial de $\ce{Cl}$ no reservatório.

Bromo líquido é adicionado a um reservatório. O sistema é mantido em $\pu{25 \degree C}$ e os equilíbrios são estabelecidos: $$\begin{aligned} \ce{ Br2(l) &<=> Br2(g) } \\ \ce{ Br2(g) &<=> 2 Br(g) } \end{aligned}$$ Deseja-se coletar $\pu{0,01 mol}$ de bromo gasoso enchendo um frasco sob vácuo com o vapor de bromo do reservatório.

1. Determine a pressão parcial do bromo atômico no equilíbrio.

2. Determine o volume do frasco necessário para coletar a quantidade de bromo desejada.

Um reator de $\pu{1 L}$ é carregado com $\pu{60 g}$ de $\ce{NO}$ e $\ce{71 g}$ de $\ce{Cl2}$. O sistema é aquecido até $\pu{35 \degree C}$ e o equilíbrio é estabelecido: $$\ce{ 2 NOCl(g) <=> 2 NO(g) + Cl2(g) } \quad K_\mathrm{c} = \pu{1,6e-5}$$

1. Determine a concentração de $\ce{NOCl}$ no equilíbrio.

2. Determine a concentração de $\ce{NO}$ no equilíbrio.

Um balão é carregado com $\pu{100 Torr}$ de $\ce{NO}$ e $\pu{40 Torr}$ de $\ce{Br2}$. O sistema é mantido em $\pu{300 K}$ e o equilíbrio é estabelecido: $$\ce{ 2 NO(g) + Br2(g) <=> 2 NOBr(g) }$$ No equilíbrio a pressão total é $\pu{110 Torr}$.

Em outro experimento, $\pu{0,6 atm}$ de uma mistura equimolar de $\ce{NO}$ e $\ce{Br2}$ são carregados em um balão em $\pu{300 K}$.

1. Determine a constante de equilíbrio da reação.

2. Determine a pressão parcial de $\ce{NOBr}$ em equilíbrio no segundo experimento.