Questão 4 Unifesp 2º dia - Elite Colégio e Pré-Vestibular

Questão 4

Kc Reações Inorgânicas Deslocamento de Equilíbrio

O ácido sulfúrico está entre as principais matérias-primas para a indústria química, e uma das etapas de sua produção envolve a conversão de dióxido de enxofre ( $S O_{2}$ ) a trióxido de enxofre ( $S O_{3}$ ), segundo a reação:

$S O_{2} (g) + \frac{1}{2} O_{2} (g) \Leftrightarrow S O_{3} (g)$

O gráfico que se segue mostra a variação do rendimento dessa conversão em função da temperatura.

^{(Mariana de M. V. M. Souza. Processos inorgânicos, 2012.)}

a) Escreva a expressão da constante de equilíbrio $K_{c}$ da reação entre dióxido de enxofre e oxigênio molecular formando trióxido de enxofre numa dada temperatura. Escreva a equação balanceada da reação que representa a obtenção de ácido sulfúrico a partir da reação entre trióxido de enxofre e água.

b) Com base no gráfico de rendimento da conversão de $S O_{2}$ em $S O_{3}$ em função da temperatura e no princípio de Le Châtelier, determine se essa reação é exotérmica ou endotérmica. Com base no princípio de Le Châtelier, informe o efeito que um aumento da pressão exercida sobre o sistema químico inicialmente em equilíbrio terá sobre o rendimento de $S O_{3}$ formado quando for estabelecido o novo equilíbrio.

Resolução

A) Expressão da constante de equilíbrio (K_c) da reação:

$K_{c} = \frac{[S O_{3}]}{[S O_{2}] . {[O_{2}]}^{1 / 2}}$

Obs: A expressão da constante de equilíbrio de um sistem consiste em uma relação matemática entre as concentrações de seus reagentes e produtos na situação de equilíbrio dinâmico. Tal expressão é dada pelo produtório das concentrações dos produtos dividido pela produtório das concentrações dos reagentes.

Equação balanceada da reação entre trióxido de enxofre (SO₃) e água (H₂O):

$S O_{3} (g) + H_{2} O (l) \to H_{2} S O_{4} (a q)$

Obs: O trióxido de enxofre é um óxido ácido que em contato com a água sofre hidratação formando um oxiácido, neste caso, o ácido sulfúrico (H₂SO₄)

Efeito da temperatura no sistema:

Observa-se no gráfico que o aumento da temperatura implica em uma diminuição na conversão de SO₂ em SO₃, diminuindo o rendimento da reação ou a taxa de formação de SO₃, logo, segundo o princípio de Le Châtelier, o equilíbrio será deslocado no sentido dos reagentes, o qual é favorecido por ser endotérmico, logo, a reação direta é caracterizada como exotérmica.

Efeito da pressão no sistema:

Quanto ao aumento da pressão, mantendo a temperatura constante, implicará, segundo Le Châtelier, no deslocamento do equilíbrio no sentido da menor quantidade em mol de gases ou menor volume. No caso da reação direta apresentada no enunciando temos 1,5 mol de gases nos reagentes (SO₂ e O₂) e 1,0 mol de gás no produto (SO₃) e, dessa forma, como a quantidade em mol no produto é menor, o aumento da pressão provocará um deslocamento no sentido de formação de SO₃, o que leva a um aumento no rendimento da reação.