Vários ácidos são utilizados em indústrias que descartam seus efluentes nos corpos d’água, como rios e lagos, podendo afetar o equilíbrio ambiental. Para neutralizar a acidez, o sal carbonato de cálcio pode ser adicionado ao efluente, em quantidades apropriadas, pois produz bicarbonato, que neutraliza a água. As equações envolvidas no processo são apresentadas:
Com base nos valores das constantes de equilíbrio das reações II, III e IV a 25 °C, qual é o valor numérico da constante de equilíbrio da reação I?
Esta questão avalia a manipulação de constantes de equilíbrio quando reações químicas são combinadas — princípio análogo à Lei de Hess, mas aplicado a equilíbrios.
A ideia central é: quando somamos reações para obter uma reação resultante, multiplicamos suas constantes de equilíbrio. Se uma reação é invertida, usamos o inverso de sua constante.
Para obter a reação I a partir das reações II, III e IV, fazemos a seguinte combinação:
Reação III (direta): \text{CaCO}_3(s) \rightleftharpoons \text{Ca}^{2+}(aq) + \text{CO}_3^{2-}(aq), constante K_2 = 6{,}0 \times 10^{-9}
Reação II invertida: \text{H}^+(aq) + \text{CO}_3^{2-}(aq) \rightleftharpoons \text{HCO}_3^-(aq), constante \frac{1}{K_1} = \frac{1}{3{,}0 \times 10^{-11}}
Reação IV (direta): \text{CO}_2(g) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{H}^+(aq) + \text{HCO}_3^-(aq), constante K_3 = 2{,}5 \times 10^{-7}
Somando as três, os intermediários \text{CO}_3^{2-} e \text{H}^+ se cancelam, resultando exatamente na reação I:
\text{CaCO}_3(s) + \text{CO}_2(g) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{Ca}^{2+}(aq) + 2\,\text{HCO}_3^-(aq)
Portanto, a constante de equilíbrio da reação I é:
K_I = K_2 \times \frac{1}{K_1} \times K_3 = \frac{K_2 \times K_3}{K_1}
K_I = \frac{6{,}0 \times 10^{-9} \times 2{,}5 \times 10^{-7}}{3{,}0 \times 10^{-11}} = \frac{1{,}5 \times 10^{-15}}{3{,}0 \times 10^{-11}} = 5{,}0 \times 10^{-5}
As demais alternativas resultam de combinações incorretas das reações ou de operações aritméticas equivocadas com os expoentes e coeficientes das constantes.
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