Ano 2021#quimica#fase2#discursiva

Sobre o tema

Esta questão do IME envolve o equilíbrio químico heterogêneo da reação entre óxido de níquel (II) e monóxido de carbono, com aplicação de conceitos de termodinâmica. Para determinar a temperatura em que a reação foi conduzida, são fornecidos: a constante de equilíbrio Kp = 500, a energia retirada na forma de calor por mol de NiO reagido (16,10 kJ), e as entropias padrão das substâncias envolvidas. A resolução exige relacionar a constante de equilíbrio com a variação de energia livre de Gibbs padrão (ΔG° = -RT ln K) e, simultaneamente, expressar ΔG° em termos de ΔH° e ΔS° (ΔG° = ΔH° - TΔS°). O calor retirado corresponde ao ΔH° da reação (exotérmica). Com esses dados, é possível obter uma equação em T e calcular a temperatura.

Tópicos relacionados

  • Equilíbrio químico heterogêneo
  • Constante de equilíbrio Kp
  • Energia livre de Gibbs e equilíbrio
  • Cálculo de ΔG°, ΔH° e ΔS°
  • Relação entre K e temperatura

Enunciado

Na figura abaixo, apresenta-se um conjunto cilindro-pistao, onde o peso do pistao e desprezivel, em que ocorre a seguinte reacao do oxido de niquel (II) a temperatura constante:

NiO(s) + CO(g) <=> Ni(s) + CO2(g)

Para a manutencao da temperatura constante ate a situacao de equilibrio, devem ser retirados do meio reacional 16,10 kJ de energia por mol de oxido de niquel reagido, na forma de calor. Sabe-se que a constante de equilibrio para a reacao e Kp = 500 e que, na temperatura de reacao, as entropias padrao sao:
- S0(NiO) = 38,10 J.(mol.K)-1;
- S0(Ni) = 30,56 J.(mol.K)-1;
- S0(CO) = 251,0 J.(mol.K)-1; e
- S0(CO2) = 296,0 J.(mol.K)-1.

Com base nas informacoes fornecidas e considerando que os gases se comportam idealmente, determine a temperatura na qual a reacao foi conduzida.

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Perguntas frequentes

O que significa Kp em equilíbrios gasosos?

Kp é a constante de equilíbrio expressa em termos de pressões parciais dos gases, válida para reações envolvendo substâncias gasosas. Para reações heterogêneas, sólidos puros não aparecem na expressão.

Como o calor retirado do sistema se relaciona com a entalpia da reação?

Em um processo a pressão constante, o calor trocado com o ambiente é igual à variação de entalpia (ΔH). Se o sistema libera calor (exotérmico), ΔH é negativo e o calor retirado corresponde a -ΔH.

Qual a relação entre ΔG°, ΔH° e ΔS°?

A energia livre de Gibbs padrão é dada por ΔG° = ΔH° - TΔS°. Essa equação permite prever a espontaneidade e também calcular constantes de equilíbrio via ΔG° = -RT ln K.

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