Equilíbrio Químico
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Prof. Nunes
Universidade Federal do Ceará
Centro de Ciências
Departamento de Química Orgânica e Inorgânica
Química Geral e Orgânica
Equilíbrio QuímicoEquilíbrio Químico
DQOI - UFC
Prof. Dr. José Nunes da Silva [email protected]
1
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� A maioria das reaçõesreações químicasquímicas nuncanunca terminamterminam. Ou seja, quando os
reagentes são misturados em quantidades estequiométricas, eles não são
totalmente convertidos em produtos.
Conceitos BásicosConceitos Básicos
� Reações que não vão para a conclusão e que podem ocorrer em qualquer
direção são chamadas de reaçõesreações reversíveisreversíveis, as quais podem ser
representadas em termostermos geraisgerais da seguinte forma:
DQOI - UFC
� Quando A e B reagem para formar C e D na mesma proporção em que
C e D reagem para formar A e B, o sistemasistema estáestá emem equilíbrioequilíbrio.
2
indica reversibilidadeindica reversibilidade
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�� EquilíbrioEquilíbrio QuímicoQuímico existe quando duas reações opostas ocorrem
simultaneamente, a mesma velocidade.
Conceitos BásicosConceitos Básicos
�� EquilíbriosEquilíbrios químicosquímicos são equilíbrios dinâmicos, isto é, moléculas individuais
estão continuamente reagindo, mesmo que a composição global da mistura da
reação não se altere.
DQOI - UFC3
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� No equilíbrioequilíbrio QuímicoQuímico a reação nunca para, mesmo quando as concentrações
permanecem constantes.
�� RealizouRealizou--sese oo seguinteseguinte experimentoexperimento::
Equilíbrio QuímicoEquilíbrio Químico
3 H2(g) + N2(g) 2 NH3(g)
3 D2(g) + N2(g) 2 ND3(g)
MisturouMisturou--se o conteúdo dos 2 frascosse o conteúdo dos 2 frascos..
�� RealizouRealizou--sese oo seguinteseguinte experimentoexperimento::
DQOI - UFC
MisturouMisturou--se o conteúdo dos 2 frascosse o conteúdo dos 2 frascos..
NH3 + NDH2 + ND2H + ND3
H2 + HD + D2
A troca de átomos de HH e DD
nas moléculas deve resultar
de uma continuação de
reações diretas e reversas
na mistura.
4
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Equilíbrio QuímicoEquilíbrio Químico
conc. Inicialconc. Inicial
∆∆ devido a reaçãodevido a reação
conc. no equilíbrioconc. no equilíbrio
ExpExp.. 11
ExpExp.. 22 conc. Inicialconc. Inicial
∆∆ devido a reaçãodevido a reação
conc. no equilíbrioconc. no equilíbrio
DQOI - UFC5
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Equilíbrio QuímicoEquilíbrio Químico
DQOI - UFC6
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Constante de Equilíbrio, Constante de Equilíbrio, KcKc
11
22
11
DQOI - UFC7
22
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Constante de Equilíbrio, Constante de Equilíbrio, KcKc
GeneralizandoGeneralizando::
No equilíbrio, as velocidades diretas e inversas são iguaisNo equilíbrio, as velocidades diretas e inversas são iguais
DQOI - UFC8
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Constante de Equilíbrio, Constante de Equilíbrio, KcKc
� A constanteconstante dede equilíbrio,equilíbrio, KcKc, é definida como o produto das
concentrações (moles por litro) dos produtos elevadas à potência que
corresponde a seu coeficiente na equação balanceada, dividido pelo
produto das concentrações de reagentes, cada um elevado à potência que
corresponde ao seu coeficiente na equação balanceada.
DQOI - UFC9
� A magnitude do KcKc é uma medida da extensão em que a reação ocorre.
ParaPara qualquerqualquer equaçãoequação químicaquímica balanceadabalanceada, o valorvalor dede KcKc:
1)1) éé constanteconstante aa umauma dadadada temperaturatemperatura;;
2)2) variavaria sese aa temperaturatemperatura variavaria;;
3)3) nãonão dependedepende dada concentraçãoconcentração inicialinicial.
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Constante de Equilíbrio x Constante de Equilíbrio x TemperaturaTemperatura
DQOI - UFC10
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Constante de Equilíbrio, Constante de Equilíbrio, KcKc
DQOI - UFC11
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ExercitandoExercitando
Nitrogênio e hidrogênio são colocados em um recipiente vazio de 5,00 litros a
500 °C. Quando o equilíbrio é estabelecido, 3,01 mol de N2, 2,10 mol de H2 e
0,565 mol de NH3 estão presentes. CalcularCalcular KcKc parapara aa seguinteseguinte reaçãoreação aa 500500 °°CC..
Solução:Solução:
DQOI - UFC12
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ExercitandoExercitando
Colocamos 10,0 moles de N2O em um recipiente de 2,00 L, a uma dada
temperatura, onde ele se decompõe conforme a reação:
No equilíbrio, 2,20 moles de N2O permanecem. CalcularCalcular oo valorvalor dede KcKc parapara aa
reaçãoreação.
DQOI - UFC13
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ExercitandoExercitando
Solução:Solução:
00
reagiramreagiram
DQOI - UFC14
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Variações de Variações de KcKc com a Equação Balanceadacom a Equação Balanceada
DQOI - UFC15
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Variações de Variações de KcKc com a Equação Balanceadacom a Equação Balanceada
Escreva a expressãoexpressão para, e calcule o valorvalor numériconumérico, da constanteconstante dede
equilíbrioequilíbrio para cada uma das seguintes equações à mesma temperatura.equilíbrioequilíbrio para cada uma das seguintes equações à mesma temperatura.
Solução:Solução:
DQOI - UFC16
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Variações de Variações de KcKc com a Equação Balanceadacom a Equação Balanceada
Escreva a expressãoexpressão para, e calcule o valorvalor numériconumérico, da constanteconstante dede
equilíbrioequilíbrio para cada uma das seguintes equações à mesma temperatura.equilíbrioequilíbrio para cada uma das seguintes equações à mesma temperatura.
Solução:Solução:
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Variações de Variações de KcKc com a Equação Balanceadacom a Equação Balanceada
Se uma equação química puder ser expressa como a soma de duas ou mais
equações químicas, a constanteconstante dede equilíbrioequilíbrio para a reação global será o
produtoproduto dasdas constantesconstantes dede equilíbrioequilíbrio parapara asas reaçõesreações componentescomponentes.
2 P + 5Cl2 2 PCl5 KcKc = Kc= Kc11 x Kcx Kc22
Kc2PCl3 + Cl2 PCl5
Kc12 P + 3Cl2 2 PCl3
DQOI - UFC18
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QuocienteQuociente da Reação, da Reação, QQ
QQ << KK As concentraçõesconcentrações dosdos reagentesreagentes nono instanteinstante dede análiseanálise sãosão maismais
altasaltas queque nono equilíbrioequilíbrio, e a reaçãoreação temtem aa tendênciatendência aa seguirseguir nana
direçãodireção dosdos produtosprodutos.
QQ >> KK As concentraçõesconcentrações dosdos produtosprodutos nono instanteinstante dede análiseanálise sãosão maismais altasaltas
DQOI - UFC19
dodo queque nono equilíbrioequilíbrio,, e a reaçãoreação temtem aa tendênciatendência aa seguirseguir nana direçãodireção
dosdos reagentesreagentes.
QQ == KK A mistura tem sua composiçãocomposição dede equilíbrioequilíbrio, e não tem nenhuma
tendência a mudar em qualquer direção.
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QuocienteQuociente da Reação, da Reação, QQ
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ExercitandoExercitando
Para a reação a seguir, calcule o valor de QQ e compare-o com o valor conhecido
de KcKc ((6565,,00)) para prever a direção da reação que leva ao equilíbrio.
EmEm umum dadodado instante,instante, asas concentraçõesconcentrações dasdas espéciesespécies foramforam determinadasdeterminadas::
Solução:Solução:
< 65< 65
DQOI - UFC21
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ExercitandoExercitando
A equação para a seguinte reação e o valor de KcKc a uma dada temperatura são
dados. Uma mistura em equilíbrio em um recipiente de 1,00 litro contém 00,,2525
molesmoles dede PClPCl55 e 00,,1616 molesmoles dede PClPCl33. QualQual aa concentraçãoconcentração dede equilíbrioequilíbrio dede ClCl22devedeve estarestar presente?presente?
Solução:Solução:
DQOI - UFC22
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ExercitandoExercitando
Para a seguinte reação, KcKc == 4949,,00 a uma dada temperatura. Se 0,400 moles de A
e de B são colocados em um recipiente de 2,00 litros a essa mesma temperatura,
quaisquais serãoserão asas concentraçõesconcentrações dede todastodas asas espéciesespécies nono equilíbrioequilíbrio?
Solução:Solução:
Calculando as concentrações iniciais:Calculando as concentrações iniciais:
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ExercitandoExercitando
DQOI - UFC24
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ExercitandoExercitando
DQOI - UFC25
Conferindo.....Conferindo.....
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Fatores que Alteram o EquilíbrioFatores que Alteram o Equilíbrio
� Uma vez que uma reação atingiu o equilíbrio, ela
permanecepermanece emem equilíbrioequilíbrio atéaté queque sejaseja perturbadaperturbada por
alguma mudança de condições.
� O princípio orientador é conhecido como PrincípioPrincípio dede
LeChatelierLeChatelier .
SeSe umauma alteraçãoalteração dasdas condiçõescondições (stress)(stress) éé aplicadaaplicada aa umum sistemasistema emem equilíbrio,equilíbrio,
oo sistemasistema sese deslocarádeslocará nana direçãodireção emem queque reduziráreduzirá oo stressstress,, ee umum novonovo
estadoestado dede equilíbrioequilíbrio seráserá atingidoatingido..
DQOI - UFC26
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Fatores que Alteram o EquilíbrioFatores que Alteram o Equilíbrio
TrêsTrês tipostipos dede mudançasmudanças pode perturbar o equilíbrio de uma reação.
1) Mudanças na concentração
2) Mudanças na pressão ou volume (para as reações que envolvem gases)
DQOI - UFC27
2) Mudanças na pressão ou volume (para as reações que envolvem gases)
3) Mudanças na temperatura
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Mudanças na Mudanças na ConcentraçãoConcentração
A adição ou remoção de reagentes ou produtos alteraaltera oo valorvalor dede QQ, mas
nãonão alteraaltera oo valorvalor dede KcKc.
+ + HClHCl
DQOI - UFC28
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A adição ou remoção de reagentes ou produtos alteraaltera oo valorvalor dede QQ, mas
nãonão alteraaltera oo valorvalor dede KcKc.
Mudanças na Mudanças na ConcentraçãoConcentração
+ AgNO+ AgNO33
ClCl--((aqaq)) + + AgAg++((aqaq)) ------> > AgClAgCl(s)(s)
DQOI - UFC29
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Mudanças na Mudanças na ConcentraçãoConcentração
PbCl2(aq) + S2-(aq) PbSPbS(s)(s) + 2 Cl
-(aq)
DQOI - UFC31
![Page 32: Equilíbrio Químico](https://reader037.fdocuments.net/reader037/viewer/2022102316/559fbe431a28aba1508b45c2/html5/thumbnails/32.jpg)
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![Page 33: Equilíbrio Químico](https://reader037.fdocuments.net/reader037/viewer/2022102316/559fbe431a28aba1508b45c2/html5/thumbnails/33.jpg)
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� Todavia, mudançasmudanças nana pressãopressão causam mudançasmudanças significativassignificativas nana
concentraçõesconcentrações dede gasesgases.
Mudanças no Mudanças no Volume Volume e na e na PressãoPressão
DQOI - UFC33
� Tais mudanças, portanto, afetar o valor de QQ para as reaçõesreações
emem queque oo númeronúmero dede molesmoles dede reagentesreagentes gasososgasosos diferedifere dodo númeronúmero dede molesmoles
dede produtosprodutos gasososgasosos.
![Page 34: Equilíbrio Químico](https://reader037.fdocuments.net/reader037/viewer/2022102316/559fbe431a28aba1508b45c2/html5/thumbnails/34.jpg)
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Mudanças no Mudanças no Volume Volume e na e na PressãoPressão
VV PP
DQOI - UFC34
VV PP não se alteranão se altera
![Page 35: Equilíbrio Químico](https://reader037.fdocuments.net/reader037/viewer/2022102316/559fbe431a28aba1508b45c2/html5/thumbnails/35.jpg)
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� Considere a seguinte reaçãoreação exotérmicaexotérmica em equilíbrio:
Mudanças na Mudanças na TemperaturaTemperatura
calorcalor
aumento de temperaturaaumento de temperatura
calorcalor
DQOI - UFC35
calorcalor
diminuição de temperaturadiminuição de temperatura
![Page 36: Equilíbrio Químico](https://reader037.fdocuments.net/reader037/viewer/2022102316/559fbe431a28aba1508b45c2/html5/thumbnails/36.jpg)
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Mudanças na Mudanças na TemperaturaTemperatura
DQOI - UFC36
diminuição de temperaturadiminuição de temperatura aumento de temperaturaaumento de temperatura
![Page 37: Equilíbrio Químico](https://reader037.fdocuments.net/reader037/viewer/2022102316/559fbe431a28aba1508b45c2/html5/thumbnails/37.jpg)
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Mudanças na Mudanças na TemperaturaTemperatura
DQOI - UFC37
![Page 38: Equilíbrio Químico](https://reader037.fdocuments.net/reader037/viewer/2022102316/559fbe431a28aba1508b45c2/html5/thumbnails/38.jpg)
Prof. Nunes
� Considere a seguinte reaçãoreação endotérmicaendotérmica em equilíbrio:
Mudanças na Mudanças na TemperaturaTemperatura
+ calorcalor+ calorcalor
DQOI - UFC38
diminuição de temperaturadiminuição de temperaturaaumento de temperaturaaumento de temperatura
![Page 39: Equilíbrio Químico](https://reader037.fdocuments.net/reader037/viewer/2022102316/559fbe431a28aba1508b45c2/html5/thumbnails/39.jpg)
Prof. Nunes
� O processoprocesso HaberHaber é de grande de importância industrial e econômica. Nele,
o NN22 atmosféricoatmosférico é convertido em amônia,amônia, NHNH33, matéria prima para
inúmeros corantes , plásticos, explosivos, fertilizantes e fibras sintéticas.
Processo Haber Processo Haber –– Aplicação PráticaAplicação Prática
� Neste processo, o reação entre NN22 e H2 para produzir NHNH33 nunca atinge o
equilíbrio, mas se move em direção a ele.
DQOI - UFC39
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Processo Haber Processo Haber –– Aplicação PráticaAplicação Prática
500500--10001000
atmatm
DQOI - UFC40
250 250 ooCC
![Page 41: Equilíbrio Químico](https://reader037.fdocuments.net/reader037/viewer/2022102316/559fbe431a28aba1508b45c2/html5/thumbnails/41.jpg)
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Processo Haber Processo Haber –– Aplicação PráticaAplicação Prática
DQOI - UFC41
![Page 42: Equilíbrio Químico](https://reader037.fdocuments.net/reader037/viewer/2022102316/559fbe431a28aba1508b45c2/html5/thumbnails/42.jpg)
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� Muitas vezes, é mais conveniente medir pressõespressões em vez de
concentraçõesconcentrações de gases.
Pressões Parciais e Constantes de EquilíbrioPressões Parciais e Constantes de Equilíbrio
� Para uma reaçãoreação genéricagenérica, portanto:
DQOI - UFC42
� Para o processoprocesso HaberHaber:
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Em uma mistura em equilíbrio na 500 °C, encontramos PNH3 = 0,147 atm,
PN2 = 6,00 atm, e PH2 = 3,70 atm.
CalculeCalcule aa KKPP 500 °C para a reação:
ExercitandoExercitando
CalculeCalcule aa KKPP 500 °C para a reação:
DQOI - UFC43
![Page 44: Equilíbrio Químico](https://reader037.fdocuments.net/reader037/viewer/2022102316/559fbe431a28aba1508b45c2/html5/thumbnails/44.jpg)
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Relação entre Relação entre KcKc e e KpKp
DQOI - UFC44
![Page 45: Equilíbrio Químico](https://reader037.fdocuments.net/reader037/viewer/2022102316/559fbe431a28aba1508b45c2/html5/thumbnails/45.jpg)
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ExercitandoExercitando
Vimos que para a reação de amônia a 500 °C, KcKc == 00,,286286. Podemos descrever
este equilíbrio emem termostermos dede pressõespressões parciaisparciais usando KpKp.
DQOI - UFC45
![Page 46: Equilíbrio Químico](https://reader037.fdocuments.net/reader037/viewer/2022102316/559fbe431a28aba1508b45c2/html5/thumbnails/46.jpg)
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ExercícioExercício
Adicionaram-se 10,0 gramas de SbCl5 a um recipiente de 5,00 litros a 448 °C e
permitiu-se que a reação atingisse o equilíbrio. QuantosQuantos gramasgramas dede SbClSbCl55 estãoestão
presentespresentes nono equilíbrio?equilíbrio?
ResolverResolver esteeste problemaproblema::
(a) com Kc e concentrações molares e
(b) utilizando Kp e pressões parciais.
Solução a)Solução a)
DQOI - UFC46
![Page 47: Equilíbrio Químico](https://reader037.fdocuments.net/reader037/viewer/2022102316/559fbe431a28aba1508b45c2/html5/thumbnails/47.jpg)
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ExercícioExercício
DQOI - UFC47
![Page 48: Equilíbrio Químico](https://reader037.fdocuments.net/reader037/viewer/2022102316/559fbe431a28aba1508b45c2/html5/thumbnails/48.jpg)
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ExercícioExercício
Solução b)Solução b)
DQOI - UFC48
![Page 49: Equilíbrio Químico](https://reader037.fdocuments.net/reader037/viewer/2022102316/559fbe431a28aba1508b45c2/html5/thumbnails/49.jpg)
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ExercícioExercício
Solução b)Solução b)
DQOI - UFC49
![Page 50: Equilíbrio Químico](https://reader037.fdocuments.net/reader037/viewer/2022102316/559fbe431a28aba1508b45c2/html5/thumbnails/50.jpg)
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Perturbação Alteração quando o sistema reacional retorna ao
equilíbrio
Efeito sobre o equilíbrio Efeito sobre Kc
+ reagenteparte do reagente adicionado
Perturbações x EfeitosPerturbações x Efeitos
+ reagenteparte do reagente adicionado
é consumido não há alteração
parte do produto
adicionado é consumido+ produto não há alteração
redução do volume pressão aumenta não há alteraçãomenor # moléculas
expansão do volume pressão diminui não há alteraçãomaior # moléculas
consumo de energia há alteraçãoendotérmicoelevação da T
DQOI - UFC
diminuição da T liberação de energia há alteraçãoexotérmico
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Prof. Nunes
Equilíbrio HeterogêneoEquilíbrio Heterogêneo
�� HeterogêneosHeterogêneos equilíbriosequilíbrios envolvem espéciesespécies emem maismais dede umum fasefase.
� Considere a seguinte reação reversível a 25 °C.� Considere a seguinte reação reversível a 25 °C.
� Quando o equilíbrio é estabelecido para este sistema, um sólidosólido, um líquidolíquido
e um gásgás estão presentes.
�� NemNem sólidossólidos nemnem líquidoslíquidos sãosão significativamentesignificativamente afetadosafetados porpor
mudançasmudanças dede pressãopressão.
DQOI - UFC51
mudançasmudanças dede pressãopressão.
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Equilíbrio HeterogêneoEquilíbrio Heterogêneo
� A definição fundamental da constante de equilíbrio em termodinâmica é em
termos de atividadesatividades das substâncias envolvidas.
�� parapara qualquerqualquer líquidolíquido ouou sólidosólido puropuro,, aa atividadeatividade éé tomadatomada comocomo 11,,�� parapara qualquerqualquer líquidolíquido ouou sólidosólido puropuro,, aa atividadeatividade éé tomadatomada comocomo 11,,
entãoentão termostermos queque parapara líquidoslíquidos ee sólidossólidos purospuros nãonão aparecemaparecem nasnas
expressõesexpressões parapara KcKc dede heterogêneosheterogêneos equilíbriosequilíbrios..
�� Assim,Assim, parapara aa reaçãoreação::
DQOI - UFC52
� Estas expressões de constante de equilíbrio indicam que
existe equilíbrioequilíbrio a uma dada temperatura por uma,uma, e
somente uma, concentraçãoconcentração e uma pressãopressão parcialparcial de
oxigêniooxigênio em contato com mercúriomercúrio líquidolíquido e óxidoóxido dede
mercúriomercúrio (II)(II) sólidosólido .
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ExercitandoExercitando
Escrever tanto KcKc e KpKp para as seguintes reações reversíveis:
DQOI - UFC53
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ExercícioExercício
O valor de KpKp é de 2727 para a decomposição térmica do clorato de potássio em
uma dada alta temperatura. Qual é a pressão parcial de oxigênio em um
recipiente fechado no qual o seguinte sistema está em equilíbrio nesta mesma
temperatura?temperatura?
SoluçãoSolução::
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