Questão 9 Unifesp 2025 - 2º dia - Elite Colégio e Pré-Vestibular

Questão 9

Equilíbrio Químico Deslocamento de Equilíbrio Cálculo de Entalpia

A produção de metanol envolve o seguinte equilíbrio químico:

$C O (g) + 2 H_{2} (g) ⇌ C H_{3} O H (g); ∆ H = ?$

a) Escreva a expressão da constante $K_{p}$ desse equilíbrio. Qual é o efeito de um aumento de pressão nesse equilíbrio?

b) Sabendo que as entalpias-padrão de formação do $C O (g)$ , $H_{2} (g)$ e $C H_{3} O H (g)$ em kJ/mol são, respectivamente, –110,5, zero e –201,0, calcule o $∆ H$ da reação no sentido da formação do metanol. Qual é o efeito de um aumento de temperatura sobre o rendimento em produto desse equilíbrio?

Resolução

a) A expressão da constante de equilíbrio (Kp) é:

$K_{p} = \frac{p_{C H_{3} O H}}{p_{C O} . {(p_{H_{2}})}^{2}}$

A consntante de equilíbrio (Kp) expressa uma relação matemática entre produtos e reagentes e, quanto maior seu valor, maior é o rendimento da reação. No caso do Kp somente gases participam da expressão da consntate de equilíbrio e, como neste caso temos um equilíbrio homogêneo (somente 1 fase gasosa), todas as substâncias participam dessa expressão.

Quanto ao efeito do aumento da pressão, temos:

$\underset{3 m o l s d e g a s e s \to " 3 V "}{\underset{⏟}{C O (g) + 2 H_{2} (g)}} ⇌ \underset{1 m o l g á s \to " 1 V "}{\underset{⏟}{C H_{3} O H (g)}}$

Segundo o Princípio de Le Chatelier, o aumento da pressão do sistema, considerando a temperatuta constante, implica no deslcamento do equilíbrio no sentido do menor volume ou menor quantidade em mol de gases, ou seja, o equilíbrio será deslocado para a direita ou no sentido da reação direta.

b) Cálculo da variação de entalpia da reação ( $∆ H$ ) de produção do metanol ( $C H_{3} O H$ ):

$∆ H = \sum_{∆ H_{f o r m a ç ã o} p r o d u t o s} - \sum_{∆ H_{f o r m a ç ã o} r e a g e n t e s}$

Sendo $∆ H_{f o r m a ç ã o}$ do $C H_{3} O H$ igual a -201 kJ/mol, $C O$ -110,5 kJ/mol e $H_{2}$ igual a zero, temos:

$∆ H = - 201 - (- 110, 5 + 2, 0) \to ∆ H = - 90, 5 k J / m o l d e C H_{3} O H$

Logo, a reação direta (produção do metanol) é exotérmica (reação inversa é endotérmica).

Usando o Princípio de Le Chatelier, o aumento da temperatura irá deslcar o equilíbrio no sentido endotérmico e, nesse caso, será deslocado para a esquerda (reação inversa), diminuindo o rendimento da reação.

Obs: Somente a temperatura altera o valor da constante de equilíbrio químico.