A formação de $\mathrm{SO}_{3}(\mathrm{g})$, um dos reagentes utilizados na última etapa da preparação industrial do ácido sulfúrico, pode ser traduzida por
$$2 \mathrm{SO}_{2}(\mathrm{g})+\mathrm{O}_{2}(\mathrm{g}) \rightleftharpoons 2 \mathrm{SO}_{3}(\mathrm{g}) \quad \Delta H<0$$
Uma mistura de $\mathrm{SO}_{2}$ (g), $\mathrm{O}_{2}$ (g) e $\mathrm{SO}_{3}$ (g), em equilíbrio, está contida num recipiente fechado de volume variável, a uma temperatura $T$.
Questão:
Introduziram-se inicialmente nesse recipiente $160,15 \mathrm{~g}$ de $\mathrm{SO}_{2}(\mathrm{g})\left(M=64,06 \mathrm{~g} \mathrm{~mol}^{-1}\right)$ e uma certa massa de $\mathrm{O}_{2}(\mathrm{g})$. Verificou-se que, mantendo o volume do recipiente igual a $2,00 \mathrm{~dm}^{3}$, a concentração de $\mathrm{SO}_{3}(\mathrm{g})$, na mistura em equilíbrio, era $0,909 \mathrm{~mol} \mathrm{~dm}^{-3}$.
Determine a percentagem de $\mathrm{SO}_{2}(\mathrm{g})$ que não se converteu em $\mathrm{SO}_{3}(\mathrm{g})$.
Apresente todas as etapas de resolução.
Fonte: IAVE
Fonte: IAVE
Resolução do Exercício:
Colocam-se $160,15 \mathrm{~g}$ de $\mathrm{SO}_{2}$ num recipiente cujo volume é mantido em 2,00 dm (temperatura constante) Depois de atingido o equilíbrio, verifica-se que temos uma concentração de $0,909 \mathrm{~mol~} \mathrm{~dm}^{-3} \mathrm{de~} \mathrm{SO}_{3}$
Segundo a estequiometria da reação, o $\mathrm{SO}_{3}$ é obtido à custa do consumo de $\mathrm{SO}_{2}$ na proporção de 2 para 2 mol, o que significa que, para se produzir 1 mol de $\mathrm{SO}_{3}$, será necessário consumir 1 mol de $\mathrm{SO}_{2}$.
Vamos, então, converter os nossos dados em mol.
Quantidade, $n$, de $\mathrm{SO}_{2}$ inicial:
$$n=\frac{m}{M} \Rightarrow n=\frac{160,15}{64,06} \Leftrightarrow n=2,500 \mathrm{~mol}$$
Quantidade, $n$, de $\mathrm{SO}_{3}$ no equilíbrio:
Sabemos que $C\left(\mathrm{SO}_{3}\right)=0,909 \mathrm{~mol} \mathrm{~dm}^{-3}$ e que $V=2,00 \mathrm{~dm}^{3}$, então:
$$C=\frac{n}{V} \Leftrightarrow n=C \times V \Rightarrow n=0,909 \times 2 \Leftrightarrow n=1,818 \mathrm{~mol}$$
Resumindo na tabela seguinte:
Obtiveram-se 1,818 de $\mathrm{SO}_{3}$ o que significa, segundo a estequiometria da reação, que reagiram 1,818 mol de $\mathrm{SO}_{2}$ dos 2,500 mol iniciais. assim a quantidade, $x$, de $\mathrm{SO}_{2}$ que não reagiu é $x=2,500-1,818=0,682 \mathrm{~mol}$
Assim podemos concluir que a percentagem, $x \%$, de $\mathrm{SO}_{2}$ que não reagiu será:
$$x \%=\frac{0,682}{2,500} \times 100=27,3 \%$$
Fonte: Física e Química? Absolutamente!