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O Mocho do SoftCiências

 

Roteiros de Exploração

Roteiros do Programa - Universidade
Roteiro 1


N2 + 3H2 2NH3

1. Para começar o actual roteiro prepara uma folha de registos. Também podes usar o editor de texto do programa e responderes às perguntas no próprio computador. Neste caso, será conveniente guardares o ficheiro no disco duro ou na disquete (para mais pormenores fala com o teu professor). BOM TRABALHO! Regista os valores das concentrações iniciais e calcula o quociente da reacção.

    DICA. Quociente da reacção: Para uma reacção química genérica, aA + bB + --- cC + dD + ---, define-se Quociente da Reacção, em termos de concentrações, para um dado instante, como Q = |C|c x |D|d x ... / |A|a x |B|b x ..., em que |X| representa o valor numérico da concentração (em mol/dm3) de X.

2. Inicia a simulação no botão "Avançar".

3. À medida que decorre a reacção vai observando o que acontece: a)ao número de pontos de cada cor; b)aos valores das concentrações de cada espécie; c)ao gráfico das concentrações em função do tempo; d)ao gráfico de Q "contra" K. Para acelerar até ao fim podes usar o botão "Acelerar".

4. Calcula o quociente da reacção e vê se coincide com o valor de K apresentado.

5. Se diminuíres a concentração de um dos reagentes, em que sentido prevês que se desloque o equilíbrio? No sentido directo ou no sentido inverso? Verifica se as tuas previsões estão de acordo com o 'Princípio de Le Châtelier'.

    DICA. Princípio de Le Châtelier: Se for imposta uma alteração a um sistema químico em equilíbrio, a composição do sistema deslocar-se-á no sentido de contrariar a alteração a que foi sujeito.
    PONTOS: 10

6. Diminui significativamente a concentração de um dos reagentes e reinicia a simulação no botão "Avançar" ou "Acelerar".

7. Calcula o quociente da reacção e tira as tuas conclusões relativamente às tuas previsões.

8. Se diminuíres a concentração do produto, em que sentido prevês que se desloque o equilíbrio? No sentido directo ou no sentido inverso? Verifica se as tuas previsões estão de acordo com o 'Princípio de Le Châtelier'.

    PONTOS: 10

9. Diminui significativamente a concentração do produto e reinicia a simulação no botão "Avançar" ou "Acelerar".

10. Calcula o quociente da reacção e tira as tuas conclusões relativamente às tuas previsões.

11. Se diminuires o volume para 0,5 dm3, em que sentido prevês que se desloque o equilíbrio? No sentido directo ou no sentido inverso? Verifica se as tuas previsões estão de acordo com o 'Princípio de Le Châtelier'.

    PONTOS: 10

12. Diminui o volume para 0,5 dm3 e reinicia a simulação no botão "Avançar" ou "Acelerar".

13. Calcula o quociente da reacção e tira as tuas conclusões relativamente às tuas previsões.

14. Interpreta o que observaste em termos de quocientes de reacção / constantes de equilíbrio.

    DICA. Constante de equilíbrio: Para uma reacção química genérica, aA + bB + --- cC + dD + ---, define-se constante de equilíbrio, em termos de concentrações, para uma dada temperatura, por Kc = |C|ec x |D|ed x ... / |A|ea x |B|eb x ..., em que |X|e representa o valor numérico da concentração (em mol/dm3) de X no equilíbrio. No caso de gases, a constante de equilíbrio pode também ser definida usando pressões: Kp = |pC|ec x |pD|ed x ... / |pA|ea x |pB|eb, com |pX|e representando o valor numérico da pressão parcial de X no equilíbrio. De notar que na expressão de Kp apenas figuram os componentes gasosos do sistema.

15. Abre um modo de simulação livre (ícone à esquerda em cima) e observa agora o "zoom do equilíbrio". Nota o texto que aparece no écran. De que ordem é a reacção simulada? 1; 2; 3; 2/3? NOTA: Se tiveres problemas de memória realiza esta operação no final do roteiro.

    PONTOS: 10

16. Altera a equação para "2SO3 2SO2 + O2".

17. Reduz a temperatura para 350°C e inicia simulação com o botão "Avançar" ou "Acelerar".

18. Aumenta a temperatura para 800°C. Reinicia a simulação lentamente com o botão "Avançar".

19. Observa: a)a velocidade a que se deslocam agora as moléculas; b)a variação que ocorreu na constante de equilíbrio (K); c)O sentido em que se deslocou o equilíbrio; d)a alteração na extensão da reacção.

    DICA. Aumento de temperatura: Para uma reacção endotérmica, A + B C + D, o aumento da temperatura favorece a transformação no sentido directo. Para uma reacção exotérmica é favorecida a transformação no sentido inverso. Para uma reacção atérmica nenhum efeito se regista. Em qualquer dos casos, o sistema "responde" contrariando a perturbação a que foi sujeito: aumento de temperatura. Para tal, é favorecida a transformação em que há absorção de energia como calor, o que tende a diminuir a temperatura. Um aumento de temperatura corresponde a um aumento da agitação atómico-molecular; o efeito é a transformação no sentido em que diminui essa agitação.

20. Reduz a temperatura para 600°C. Reinicia a simulação com o botão "Avançar" ou "Acelerar".

    DICA. Redução de temperatura: Para uma reacção endotérmica, A + B C + D, a diminuição da temperatura favorece a transformação no sentido inverso. Para uma reacção exotérmica é favorecida a transformação no sentido directo. Para uma reacção atérmica não se regista nenhum efeito. Em qualquer dos casos, o sistema "responde" contrariando a perturbação a que foi sujeito: redução de temperatura. Para tal, é favorecida a transformação em que há libertação de energia como calor, o que tende a fazer aumentar a temperatura. Uma diminuição de temperatura corresponde a uma diminuição da agitação atómico-molecular; o efeito é a transformação no sentido em que aumenta essa agitação.

21. Interpreta o que observaste recorrendo aos quocientes de reacção / constantes de equilíbrio.

22. A hidrazina (N2H4) é um combustível utilizado no lançamento de foguetões. Que concentração de vapor de água se obtém por combustão do gás N2H4 0,1 M (mol/dm3), num vaso fechado a 1500°C, sendo também 0,1 M a concentração de O2? (K(T=1500°C)=6,34x10-7) N2H4(g) + O2(g) N2(g) + 2H2O(g)

23. A reacção apresentada anteriormente será mais ou menos extensa a 1400°C? Confirma por meio de cálculos.

24. No passo seguinte a esta questão vais variar significativamente a concentração dum reagente. O que esperas que acontece ao quociente da reacção? Varia? Mantém-se, pois a temperatura não varia?

    PONTOS: 10

25. Confirma as tuas previsões feitas na pergunta anterior. Varia significativamente a concentração de uma das espécies e observa atentamente a variação de Q e a sua relação com a constante de equilíbrio antes e depois de atingido o equilíbrio. Usa a tecla "Avançar".

26. Escolhe a reacção entre monóxido de carbono e vapor de água: CO + H2O CO2 + H2.

27. Observa o quadro "valores", no meio do écran, antes de iniciares a simulação.

28. Supõe que desconhecias o valor da variação de energia livre padrão. Poderias concluir sobre a espontaniedade da reacção sem fazer cálculos, sabendo apenas que as variações de entropia padrão e entalpia padrão eram negativas?

28Tipo=Selecção

    PONTOS: 10

29. Confirma se está correcto valor da variação de energia livre padrão para esta tranformação, usando os valores para entalpia padrão e entropia padrão apresentados (usa a calculadora desiponível no menú "editores").

30. Esta reacção química é é: a)espontânea a 25°C; b)entalpicamente desfavorável; c)entropicamente desfavorável.

    DICA. Atenta nos sinais dos parâmetros termodinâmicos.
    PONTOS: 10

31. Altera a equação para "N2 + 3H2 2NH3".

32. Diminui a concentração de H2 para 0,5 M e inicia a simulação com o botão "Avançar" ou "Acelerar".

33. Confirma a anterior reacção através de cálculo (usando o valor de K) que, se fizermos reagir azoto gasoso em concentração 1 M (mol/dm3) com hidrogénio gasoso 0,5 M à temperatura de 350°C, obteremos, depois de atingido o equilíbrio, as concentrações de 0,899 M, 0,197 M e 0,202 M para as concentrações de N2, H2 e NH3, respectivamente.

34. Imagina-te, por exemplo, numa fábrica de amoníaco (NH3). Usa o módulo de simulação livre com a equação "N2 + 3H2 2NH3" para evidenciares as melhores condições de pressão, temperatura, concentrações iniciais e uso ou não de catalisador, que possam levar a uma maior produtividade (rendimento).

    DICA. Faz uma análise profunda da optimização a imprimir durante um processo de síntese de amoníaco. Ao fim e ao cabo pretendes desenvolver estratégias de deslocar o equilíbrio para a direita no mais curto espaço de tempo e gastando o menos dinheiro possível.

35. Aprofundar uma das reacções importantes relacionadas com a indústria do ácido sulfúrico e com as chuvas ácidas: a oxidação de SO2 com formação de trióxido de enxofre, SO3 (que regindo com a água produzirá ácido sulfúrico). Se reparares, esta transformação é a reacção inversa da reacção anterior.

36. Que valor assumirá a "variação de energia livre" no estado de equilíbrio? Zero? G padrão? Um valor menor que zero? Um valor maior do que zero?

    PONTOS: 10

37. Apaga todas as páginas gráficas usando o botão "Apagar" escolhendo a opção "Todas as Páginas".

38. Concentra-te na opção "valores" no meio do écran (activa a visualização dessa área escondida).

39. Reinicia a simulação usando o botão "Avançar". Confirma as previsões feitas anteriormente.

40. Lê os "pressupostos" do programa (opção de ligação com o exterior) e faz uma análise crítica das aproximações feitas nesta simulação.

41. A partir da análise detalhada dos pressupostos tenta fazer uma simulação pelos teus próprios meios, usando uma linguagem simples de programação (BASIC, por exemplo).

42. Entra na opção "Dados" em modo de simulação livre e introduz uma equação nova em fase gasosa, introduzindo os respectivos valores termodinâmicos.

43. Poderás ainda entrar na opção "Bibliografia" e pesquisar mais assuntos do teu interesse nas referências apresentadas.

44. Depois de terminares este roteiro poderás entrar noutros modos de exploração do programa - conjunto de icones no topo - e desenvolveres as seguintes actividades: 1)Intervalo lúdico - jogos divertidos em química; 2)Ligação à Internet - novidades em equilíbrio químico; 3)Introdução de novas equações químicas em fase gasosa (botão verde à direita da equação química do écran); 4)Impressão de imagens interessantes representando fases da simulaçõa significativas (ícone da impressora); 5)Observar as diversas simulações que foste executando (zona superior esquerda do écran).

45. Terminou o actual Roteiro. Se usaste o editor de texto do programa não te esqueças de o guardar e talvez imprimir para discutires com colegas e professores.

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