Cristina Vieira da Silva 1

FÍSICA E QUÍMICA A - 11º ANO

Ficha formativa – Cálculos estequiométricos e equilíbrio químico

1. Uma amostra de 24,0 g de benzeno (C6H6) foi adicionada, gota a gota, a 100,0 g de bromo (Br2) na presença de uma pequena quantidade de brometo de ferro (III), que não actua como reagente. Obtiveram-se 40,0 g de bromobenzeno. A equação que traduz esta reacção é:

C6H6(g) + Br2(l) C6H5Br(g) + HBr(g) 1.1. Indica, justificando, o reagente limitante. 1.2. Calcula o rendimento da reacção. 1.3. Calcula o volume de brometo de hidrogénio obtido em condições PTN. 1.4. Qual é a função do brometo de ferro (III)?

2. Encheu-se o depósito de um automóvel com 45,0 L de combustível, o que corresponde a 300 mol de octano. A equação que traduz a combustão do octano é:

2 C8H18(l) + 25 O2(g) 16 CO2(g) + 18 H2O(g) 2.1. Explica porque razão esta reacção é considerada completa. 2.2. Calcula a quantidade de oxigénio necessária para queimar completamente 12,0 L de combustível. 2.3. Calcula o volume de dióxido de carbono libertado, nas condições PTN.

3. O zinco pode ser produzido a partir de um minério de sulfureto de zinco (ZnS), denominado blenda. O esquema global que traduz este processo é:

ZnS(s) + 2 O2(g) + C(s) Zn(s) + SO2(g) + CO(g) 3.1. Verifica se o esquema está de acordo com a Lei de Lavoisier e, se não estiver, efectua as operações

necessárias para que fique de acordo com esta lei. 3.2. Calcula a massa de zinco formada a partir de 100 kg de sulfureto de zinco se o rendimento da reacção

for de 27%. 4. Os tradicionais fósforos são constituídos por sulfureto de fósforo (P4S3). O sulfureto de fósforo é feito a

partir de fósforo e enxofre, aquecidos a temperaturas superiores a 100 ºC, reacção traduzida pela seguinte equação:

P4(l) + 3S(l) P4S3(s) Aqueceu-se uma mistura de 120,0 g de fósforo (P4) e 64,0 g de enxofre (S). 4.1. Qual é o reagente limitante? 4.2. Calcula:

a) a massa de reagente em excesso que ficou por reagir; b) a massa de sulfureto de fósforo formada.

5. As reacções químicas podem, em determinados sistemas, evoluir para uma situação de equilíbrio. Analisa o

quadro seguinte e responde às questões formuladas.

Reacção Reagentes Produtos Substâncias presentes no “final” da reacção

A CaO(s) e H2O(l) Ca(HO)2(aq) Ca(HO)2 (aq) e H2O(l)

B SO2(g) e O2(g) SO3(g) SO3(g), SO2(g) e O2(g)

C NH3(g) e HCl(g) NH4Cl(s) NH4Cl(s), NH3(g) e HCl(g)

D C4H10(g) e O2(g) CO2(g) e H2O(g) CO2(g), H2O(l) e O2(g)

E NH3(g) e O2(g) NO(g) e H2O(g) NO(g), H2O(g), NH3(g) e O2(g)

F C(s) e CO2(g) CO(g) CO(g), C(s) e CO2(g)

5.1. Identifica as reacções reversíveis. Justifica. 5.2. Para cada uma das reacções identificadas em 5.1., escreve a equação química que representa a reacção

directa e a reacção inversa. 5.3. Identifica as reacções homogéneas e as heterogéneas.

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6. No gráfico seguinte representa-se a variação da velocidade da reacção directa e da reacção inversa no decorrer do tempo, para uma reacção química reversível. 6.1. Classifica em verdadeira ou falsa cada uma das afirmações.

(A) A concentração dos produtos é maior no instante t3 do que no instante t1.

(B) No instante t3 a reacção terminou. (C) A conversão dos reagentes e produtos terminou no

instante t3. (D) No instante t2 a reacção atinge o estado de equilíbrio.

6.2. Identifica o ramo do gráfico (I ou II) que corresponde à variação da rapidez da reacção inversa. Justifica a tua escolha.

7. No decorrer das reacções químicas, a concentração dos produtos aumenta e a dos reagentes diminui, até

que se atinge o estado de equilíbrio ou a reacção termina. Observa os gráficos seguintes e responde às questões propostas.

7.1. Indica em qual dos casos se atingiu o equilíbrio. Justifica. 7.2. Identifica os reagentes e os produtos de cada uma das reacções. 7.3. Escolhe a opção que completa correctamente a seguinte afirmação:

“As equações químicas representativas das reacções directas são… (A) … A + C B e D + E F”. (B) … A + 2 C B e 2 D + E 2 F”. (C) … 2 A + C 2 B e D + 2 E F”. (D) … A + 2 C B e 2 D + 3 E 2 F”.

8. Escreve a expressão da constante de equilíbrio para cada uma das seguintes reacções:

a) S2 (g) + O2 (g) SO2 (g) c) CO (g) + O2 (g) CO2 (g)

b) NOCl (g) NO (g) + Cl2 (g) d) HCl (g) + O2 (g) H2O (g) + Cl2 (g)

9. Indica, justificando, qual das seguintes reacções químicas é a mais extensa, às temperaturas indicadas.

Indica, também, a ordem crescente da extensão das várias reacções.

a) PCl5 (g) PCl3 (g) + Cl2 (g) Kc = 1,77 (a 250 ˚C)

b) NOCl (g) NO (g) + Cl2 (g) Kc = 2 x 10-10 (a 25ºC)

c) CO (g) + H2O (g) CO2 (g) + H2 (g) Kc = 302 (a 327 ˚C)

d) CdS (s) Cd2+ (aq) + S2- (aq) Kc = 7,1 x 10-28 (a 25ºC)

10. Considera a reacção representada pela equação:

4 HCl(g) + O2(g) 2 H2O(g) + 2 Cl2(g) Um reactor com 5 L de capacidade contém, em equilíbrio, à temperatura T, 0,060 mol de HCl, 0,055 mol de O2, 0,070 mol de H2O e 0,050 mol de Cl2.

10.1. Escreve a expressão da constante de equilíbrio. 10.2. Calcula as concentrações de todas as espécies químicas presentes no equilíbrio. 10.3. Calcula o valor da constante de equilíbrio, à temperatura T.

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11. Realizou-se uma experiência de síntese em laboratório, fazendo reagir dois compostos, a 30º C, de designação genérica A e B, obtendo-se dois produtos, de designação genérica C e D, segundo a equação química:

A(g) + B(g) C(g) + D(g) Após a mistura dos reagentes num balão com um volume de 0,5 L, determinaram-se as quantidades de cada um dos reagentes e dos produtos ao longo do tempo, a temperatura constante. Os resultados aparecem indicados na tabela seguinte.

Tempo/min nA/mol nB/mol nC/mol nD/mol 0 0,83 1,50 0,00 0,00

10 0,68 1,35 0,15 0,15 20 0,57 1,24 0,26 0,26 25 0,53 1,20 0,30 0,30 30 0,50 1,17 0,33 0,33 35 0,49 1,16 0,34 0,34 40 0,49 1,16 0,34 0,34 50 0,49 1,16 0,34 0,34

Determina, justificando:

11.1. O intervalo de tempo em que o sistema está em desequilíbrio químico. 11.2. O quociente da reacção aos 25 minutos. 11.3. A concentração de A e B quando o sistema atingiu o equilíbrio. 11.4. A constante de equilíbrio da reacção.

12. A constante de equilíbrio, Kc, da reacção de produção do amoníaco a partir do azoto e do hidrogénio é de 2,35×10-3 a 350ºC. 12.1. Explica porque motivo é necessário referir sempre a temperatura quando se apresenta um valor da

constante de equilíbrio. 12.2. Num determinado estado de equilíbrio, as concentrações são:

[N2]e = 0,60 mol dm-3; [H2]e = 9,0 mol dm-3; [NH3]e = 1,5 mol dm-3; Calcula a constante de equilíbrio e verifica se a temperatura de reacção é a mesma que a apresentada no enunciado (350 ºC), sabendo que a pressão e o volume não se alteraram.

13. Considera a reacção 2 SO2 (g) + O2 (g) 2 SO3 (g), a qual é mantida à temperatura de 250 ˚C. Se num

determinado instante, a composição do sistema reagente for: [SO2 ] = 0,149 mol/dm3; [O2 ] = 0,449

mol/dm3; [SO3 ] = 2,62 mol/dm3 e sabendo que a constante de equilíbrio da reacção, à temperatura

indicada, é 249, indica se o sistema está ou não em equilíbrio no instante em que foi feita a análise da sua composição. Caso não esteja, indica, justificando, em que sentido evoluirá.

14. O óxido de azoto é um dos poluentes atmosféricos emitidos durante os processos de combustão, resultante

da reacção entre o azoto e o oxigénio a temperaturas elevadas dentro dos motores. Esta espécie intervém na reacção de formação de ozono na troposfera, o principal constituinte do nevoeiro fotoquímico, tendo consequências perigosas para a saúde humana e para os ecossistemas. As manifestações da acção do NO ocorrem apenas a nível local, perto da fonte de origem, uma vez que esta espécie é muito reactiva. A constante de equilíbrio da reacção de formação de NO a partir de oxigénio e azoto é de 4,72×10-31, a 25 ºC, e a variação de entalpia tem um valor positivo. 14.1. Traduz por uma equação química a reacção de formação de NO a partir de oxigénio e azoto. 14.2. Como justificas que, embora a atmosfera seja constituída predominantemente por oxigénio e azoto, a

quantidade de NO produzido na atmosfera seja negligenciável? 14.3. Calcula o valor da constante de equilíbrio para a reacção inversa. 14.4. Comenta o valor obtido na questão anterior.