FCUP Museus e Multimédia MESTRADO EM ENSINO DA FÍSICA E DA QUÍMICA NO 3º CICLO DO ENSINO BÁSICO E NO ENSINO SECUNDÁRO Alexandra Pereira up202104444 Disciplina: Física e Química A Ano: 11º Domínio: Estado de equilíbrio e extensão das reações químicas Guião de exploração da simulação – Equilíbrio químico Aceda à simulação, Equilíbrio Químico em: https://auladigital.leya.com/resources/temp/FQ/Equilibrio_quimico/ Parte I – Equilíbrio químico 1. Clique no ícone , e selecione a equação química: N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g) 2. Clique no ícone de volume e predefina 3 Volume = 0,5 dm usando as setas da cor correspondente o valor para 3. Clique no ícone de Temperatura e predefina o valor para Temperatura = 350 K usando as setas da cor correspondente 4. No canto superior direito 5. Selecione o ícone de , 6. Alterar a concentração de N2 = 2 mol/dm3, clicando no ícone garantir que o cursor fica a piscar, e usar, , para apagar, aumentar, diminuir Mestrado em Ensino de Física e Química no 3º ciclo do Ensino básico e Secundário FCUP Museus e Multimédia e apagar tudo ou então usar para digitar os algarismos pretendidos de forma mais precisa. 7. Proceder da mesma forma para alterar a concentração de H2 = 2 mol/dm3, clicando no ícone e apagar tudo ou então usar e usar , para apagar, aumentar, diminuir para digitar os algarismos pretendidos de forma mais precisa. 8. Clique no ícone de forma a iniciar a simulação, e observe a construção dos gráficos da evolução da concentração dos diferentes intervenientes na reação em função do tempo de Q em função do tempo e da velocidade em função do tempo. Observe também a evolução das concentrações cada interveniente até ao estado de equilíbrio. Mestrado em Ensino de Física e Química no 3º ciclo do Ensino básico e Secundário FCUP Museus e Multimédia 9. Com base nas observações efetuadas, no passo anterior, escolha 3 momentos distintos da reação e descreva a variação da velocidade das reações direta e inversa, assim como a variação da concentração de N2 (g) , H2 (g) e NH3(g) ao longo do tempo. Se se definir as seguintes posições (1,2, e 3) nos gráficos: ① ② ① • ② ③ ③ Na posição 1, quando só há moléculas de N2 e H2 a velocidade da reação direta é máxima e a velocidade da reação inversa é nula, pois ainda não se formaram os produtos da reação. • Na posição 2, à medida que a reação prossegue, diminui a concentração de N2 e de H2 e a concentração de NH3 vai aumentando. Como a quantidade de N2 disponível para a reação diminui, a velocidade da reação direta também diminui. Pelo contrário, a velocidade da reação inversa aumenta gradualmente à medida que a concentração de NH3 aumenta. • Essa tendência continua até que as duas velocidades (direta e inversa) se tornam iguais, posição 3. • A partir da posição 3 as concentrações mantêm-se constantes, assim como as duas velocidades (direta e inversa) permanecem iguais. 10. Como se designa o estado do sistema quando as velocidades das reações diretas e inversa são iguais e as concentrações se mantêm constantes? Estado de equilíbrio químico. 11. O sistema de equilíbrio químico em estudo é homogéneo ou heterogéneo? Mestrado em Ensino de Física e Química no 3º ciclo do Ensino básico e Secundário FCUP Museus e Multimédia Este sistema é um exemplo de um equilíbrio químico homogéneo uma vez que, atingido o estado de equilíbrio, o sistema apresenta uma só fase. 12. Por que se pode considerar o equilíbrio químico um processo dinâmico? O equilíbrio químico é um processo dinâmico porque as reações, direta e inversa, continuam a ocorrer só que com a mesma rapidez. 13. Repita os passos 1 a 8 selecionando o ícone do catalisador. O que se pode concluir? Os catalisadores aumentam a velocidade das reações direta e inversa: O estado de equilíbrio é atingido em menos tempo Parte II – Princípio de Le Châtelier 1. Selecionar o ícone e clicar OK para apagar as simulações anteriores. 2. Altere as concentrações dos componentes para os seguintes valores: [NH3] = 4 mol/dm3 e [N2] = [O2] = 0 mol/dm3 3. Reinicie a simulação usando o ícone 4. Observe e interprete a alteração no gráfico do quociente da reação em função tempo. Verifica-se que Qc Kc logo o sistema não está em equilíbrio. Como Qc > Kc , a reação evolui no sentido inverso, ao longo da reação a concentração de produtos vai diminuindo e a concentração de reagentes vai aumentando, até igualar o valor de Kc. Efeito da temperatura 5. Selecione valores de concentrações iniciais dos reagentes para [N2] = [O2] = 2 mol/dm3, volume = 0,8 dm3 e Temperatura 300 K. Corra a simulação e determine o valor de Kc, usando os valores das concentrações obtidas na simulação. 6. Selecione valores de concentrações iniciais dos reagentes para [N2] = [O2] = 2 mol/dm3, volume = 0,8 dm3 e Temperatura 500 K. Corra a simulação e determine o valor de Kc, usando os valores das concentrações obtidas na simulação. Mestrado em Ensino de Física e Química no 3º ciclo do Ensino básico e Secundário FCUP Museus e Multimédia 7. Com base nas alterações observadas dos respetivos gráficos bem como, nos valores das constantes de equilíbrio determinadas. Interprete as alterações feitas em função do Kc para esta reação exotérmica. Verifica-se, para uma reação exotérmica que após aumentar a temperatura a reação evoluiu no sentido direto, o que conduziu a um aumento da concentração do produto da reação e a uma diminuição da concentração do reagente. Relativamente ao valor da constante verificou-se que com o aumento da temperatura o seu valor diminui. 8. Refira qual a única variável que afeta o valor da constante de equilíbrio? A temperatura é a única variável que pode afetar o valor da constante de equilíbrio. 9. Repita o procedimento para a outra reação química. Mestrado em Ensino de Física e Química no 3º ciclo do Ensino básico e Secundário
