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Química

Exercícios de Equilíbrio Químico

Carolina BatistaProfessora de Química

Equilíbrio químico é um dos assuntos que mais caem no Enem e vestibulares.

Os aspectos das reações reversíveis são abordados nas questões e avaliam os candidatos tanto pelos cálculos quanto pelos conceitos que envolvem esse tema.

Pensando nisso, fizemos essa lista de questões com diferentes abordagens sobre equilíbrio químico.

Aproveite os comentários das resoluções para se preparar para os exames, e confira o passo a passo de como resolver as questões.

Conceitos gerais de equilíbrio químico

1. (Uema) Na equação , após atingir o equilíbrio químico, podemos concluir a constante de equilíbrio , a respeito da qual é correto afirmar que:

a) quanto maior for o valor de Kc, menor será o rendimento da reação direta. b) Kc independe da temperatura. c) se as velocidades das reações direta e inversa forem iguais, então Kc = 0. d) Kc depende das molaridades iniciais dos reagentes. e) quanto maior for o valor de Kc, maior será a concentração dos produtos.

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Resposta correta: e) quanto maior for o valor de Kc, maior será a concentração dos produtos.

A reação direta é representada pelo número 1, onde:

Já a reação inversa é representada por

O valor de Kc é calculado pela razão entre as concentrações de produtos e reagentes.

O numerador (que contém os produtos) é diretamente proporcional à constante de equilíbrio. Sendo assim, quanto maior o valor de Kc, maior será o rendimento da reação direta, pois mais produto está sendo formado e, consequentemente, maior será a concentração dos produtos.

O valor de Kc varia conforme a temperatura, pois quando alteramos seu valor, a reação endotérmica (absorção de calor) ou exotérmica (liberação de calor) pode ser favorecida e, com isso, mais reagente ou produto pode ser consumido ou criado, mudando assim, a constante de equilíbrio que depende da concentração dos reagentes.

Kc depende das quantidades molares dos componentes quando o equilíbrio está estabelecido e quando as velocidades das reações direta e inversa forem iguais.

VEJA TAMBÉM: Molaridade

2. (UFRN) O equilíbrio químico se caracteriza por ser uma dinâmica em nível microscópico. Para se ter uma informação quantitativa da extensão do equilíbrio químico, usa-se a grandeza constante de equilíbrio. Considere a tirinha a seguir:

Aplicada ao equilíbrio químico, a ideia que o personagem tem sobre equilíbrio:

a) É correta, pois, no equilíbrio químico, metade das quantidades sempre é de produtos, e a outra metade é de reagentes. b) Não é correta, pois, no equilíbrio químico, as concentrações de produtos e as de reagentes podem ser diferentes, mas são constantes. c) É correta, pois, no equilíbrio químico, as concentrações de reagentes e as de produtos sempre são iguais, desde que o equilíbrio não seja perturbado por um efeito externo. d) Não é correta, pois, no equilíbrio químico, as concentrações dos produtos sempre são maiores que as dos reagentes, desde que o equilíbrio não seja afetado por um fator externo. e) É correta, pois, no equilíbrio químico, as concentrações de reagentes e as de produtos sempre não são iguais.

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Resposta correta: b) Não é correta, pois, no equilíbrio químico, as concentrações de produtos e as de reagentes podem ser diferentes, mas são constantes.

No equilíbrio, as quantidades de produtos e reagentes podem ser calculadas com base na constante de equilíbrio, e não necessariamente devem ser metade da quantidade de produtos e a outra metade reagentes.

As concentrações no equilíbrio não são sempre iguais, elas podem ser diferentes, mas constantes se nenhuma perturbação ocorrer no equilíbrio.

As concentrações no equilíbrio devem de qual reação está sendo favorecida, se a direta ou inversa. Podemos saber isso pelo valor de Kc: se Kc 1, a reação direta é favorecida. Já se Kc 1 a reação inversa é favorecida.

VEJA TAMBÉM: Equilíbrio Químico

Gráficos de equilíbrio químico

3. (UFPE) No início do século XX, a expectativa da Primeira Guerra Mundial gerou uma grande necessidade de compostos nitrogenados. Haber foi o pioneiro na produção de amônia, a partir do nitrogênio do ar. Se a amônia for colocada num recipiente fechado, sua decomposição ocorre de acordo com a seguinte equação química não balanceada: NH3(g) → N2(g) + H2(g). As variações das concentrações com o tempo estão ilustradas na figura a seguir:

A partir da análise da figura acima, podemos afirmar que as curvas A, B e C representam a variação temporal das concentrações dos seguintes componentes da reação, respectivamente: a) H2, N2 e NH3 b) NH3, H2 e N2 c) NH3, N2 e H2 d) N2, H2 e NH3 e) H2, NH3 e N2

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Resposta correta: d) N2, H2 e NH3.

1º passo: balancear a equação química.

2 NH3(g) → N2(g) + 3 H2(g)

Com a reação balanceada, percebemos que é preciso 2 mols de amônia para que haja a decomposição em nitrogênio e hidrogênio. Também, a quantidade de hidrogênio produzida na reação, é três vezes maior que a de amônia.

2º passo: interpretar os dados do gráfico.

Se a amônia está sendo decomposta, então no gráfico sua concentração é máxima e vai diminuindo, conforme observamos na curva C.

Os produtos, como estão sendo formados, no início da reação as concentrações são zero e vão aumentando a medida que reagente se transformam em produto.

Como a quantidade de hidrogênio produzida é três vezes maior que de nitrogênio, então a curva para esse gás é a maior, conforme observamos em B.

O outro produto que está sendo formado é o nitrogênio, conforme observamos na curva A.

VEJA TAMBÉM: Balanceamento de equações químicas

4. (Cesgranrio) O sistema representado pela equação estava em equilíbrio. O estado de equilíbrio foi alterado bruscamente por uma adição da substância G. O sistema reage no sentido de restabelecer o equilíbrio. Qual dos gráficos a seguir melhor representa as modificações ocorridas ao longo do processo descrito?

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Resposta correta: d).

Como o sistema estava em equilíbrio no início, as quantidades das substâncias G e H permaneciam constantes.

A perturbação ocorreu, pois aumentou-se a concentração de G e o sistema reagiu transformando esse reagente em mais produto H, deslocando o equilíbrio para direita, ou seja, favorecendo a reação direta.

Observamos que a curva de reagente G decresce, pois está sendo consumido, e a curva de produto H aumenta, pois está sendo formado.

Quando um novo equilíbrio se estabelece, as quantidades voltam a ser constantes.

VEJA TAMBÉM: Princípio de Le Chatelier

Constante de equilíbrio: relação entre concentração e pressão

5. (UFRN) Sabendo-se que Kp = Kc (RT)∆n, podemos afirmar que Kp = Kc, para:

a) CO2(g) + H2(g) ↔ CO(g) + H2O(g) b) H2(g) + ½ O2(g) ↔ H2O(l) c) N2(g) + 3 H2(g) ↔ 2 NH3(g) d) NO(g) + ½ O2(g) ↔ NO2(g) e) 4 FeS(s) + 7 O2(g) ↔ 2 Fe2O3(s) + 4 SO2(g)

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Resposta correta: a) CO2(g) + H2(g) ↔ CO(g) + H2O(g)

Para Kp ser igual a Kc a variação do número de mols tem que ser igual a zero, pois qualquer número elevado a zero tem como resultado 1:

Kp = Kc (RT)0 Kp = Kc x 1 Kp = Kc

A variação do número de mols é calculada por:

∆n = Número de mols dos produtos - Número de mols dos reagentes

Nesse cálculo, apenas os coeficientes das substâncias no estado gasoso participam.

Aplicando a cada equação das alternativas, temos:

a) CO2(g) + H2(g) ↔ CO(g) + H2O(g)	∆n = [(1+1) - (1+1)] = 2 - 2 = 0
b) H2(g) + ½ O2(g) ↔ H2O(l)	∆n = [0 - (1+1/2)] = 0 - 3/2 = - 3/2
c) N2(g) + 3 H2(g) ↔ 2 NH3(g)	∆n = [2 - (1+3)] = 2 - 4 = - 2
d) NO(g) + ½ O2(g) ↔ NO2(g)	∆n = [1 - (1+1/2)] = 1 - 3/2 = - 1/2
e) 4 FeS(s) + 7 O2(g) ↔ 2 Fe2O3(s) + 4 SO2(g)	∆n = [(0+4) - (0+7)] = 4 - 7 = - 3

Com esses resultados, podemos observar que a alternativa cujo valor corresponde ao resultado necessário é a da primeira equação.

VEJA TAMBÉM: Potenciação

6. (UEL-adaptada) Para a reação representada por as constantes de equilíbrio Kc e Kp são expressas pelas equações: (Dado: p = pressão parcial)

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Alternativa correta:

A constante de equilíbrio é calculada por:

Os compostos sólidos, por terem suas concentrações constantes, não participam do cálculo de Kc, por isso, a constante de equilíbrio para a equação dada é:

Para a constante de equilíbrio, em termos de pressão, apenas os gases participam do cálculo, por isso:

Cálculo da constante de equilíbrio

7. (Enem/2015) 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 ºC, qual é o valor numérico da constante de equilíbrio da reação I?

a) 4,5 x 10-26 b) 5,0 x 10-5 c) 0,8 x 10-9 d) 0,2 x 105 e) 2,2 x 1026

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Resposta correta: b) 5,0 x 10-5

1º passo: utilizar a lei de Hess para fazer os ajustes necessários.

Dada uma equação química:

A constante é calculada por:

Mas se invertermos a equação, obtemos como resultado:

E a constante passa a ser o inverso:

Para chegarmos a equação 1, dada na questão, precisamos inverter a equação II, como no exemplo anterior.

2º passo: Manipular as equações II, III e IV para chegar ao resultado da equação I.

3º passo: calcular a constante de equilíbrio da equação I.

O cálculo de KI é feito multiplicando os valores das constantes.

Como no cálculo temos potências de bases iguais, repetimos a base e somamos os expoentes.

Como agora temos uma divisão com potências de bases iguais, repetimos a base e subtraímos os expoentes.

VEJA TAMBÉM: Lei de Hess

8. (UnB) O pentacloreto de fósforo é um reagente muito importante em Química orgânica. Ele é preparado em fase gasosa por meio da reação: Um frasco de 3,00 L de capacidade contém em equilíbrio, a 200 °C: 0,120 mol de PCl5(g), 0,600 mol de PCl3(g) e 0,0120 mol de CL2(g). Qual o valor da constante de equilíbrio a essa temperatura?

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Resposta correta: 50 (mol/L)-1

1º passo: Montar a expressão da constante de equilíbrio para a reação.

2º passo: calcular as concentrações em mol/L de cada componente no equilíbrio.

Fórmula de concentração molar:

PCl3	Cl2	PCl5

3º passo: substituir as concentrações na expressão da constante e calcular o valor de Kc.

VEJA TAMBÉM: Concentração de soluções

Aplicações para o equilíbrio equilíbrio

9. (Enem/2016) Após seu desgaste completo, os pneus podem ser queimados para a geração de energia. Dentre os gases gerados na combustão completa da borracha vulcanizada, alguns são poluentes e provocam a chuva ácida. Para evitar que escapem para a atmosfera, esses gases podem ser borbulhados em uma solução aquosa contendo uma substância adequada. Considere as informações das substâncias listadas no quadro.

Dentre as substâncias listadas no quadro, aquela capaz de remover com maior eficiência os gases poluentes é o(a)

a) Fenol. b) Piridina. c) Metilamina. d) Hidrogenofosfato de potássio. e) Hidrogenosulfato de potássio.

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Resposta correta: d) Hidrogenofosfato de potássio.

O CO2, os óxidos de enxofre (SO2 e SO3) e os óxidos de nitrogênio (NO e NO2) são os principais gases poluentes.

Ao reagirem com a água presente na atmosfera, há a formação de ácidos que provocam o aumento da acidez da chuva, por isso é dado o nome de chuva ácida.

As constantes de equilíbrio dadas na tabela são calculadas pela razão entre as concentrações de produtos e reagentes seguinte forma:

Note que a constante de equilíbrio é proporcional a concentração dos produtos: quanto maior a quantidade de produtos, maior o valor de Kc.

Observe os valores do primeiro e último composto da tabela para Kc:

Piridina
Hidrogenosulfato de potássio

Comparando os dois números vemos que quanto menor a potência negativa, maior será o valor da constante.

Para remover os poluentes com maior eficiência, são necessários OH- para reagir com os íons H+ presentes nos ácidos por meio de uma reação de neutralização.

Entre as substâncias apresentadas as que produzem as hidroxilas necessárias para neutralizar os compostos ácidos são: piridina, metilamina e hidrogenofosfato de potássio.

Para saber qual o composto mais eficiente observamos as constantes de equilíbrio: quanto maior o valor da constante, maior a concentração de OH-.

Sendo assim, a solução aquosa contendo uma substância adequada para essa finalidade é a de hidrogenofosfato de potássio, pois é mais básica e neutraliza com mais eficiência os ácidos.

VEJA TAMBÉM: Chuva Ácida

10. (Enem/2009) Sabões são sais de ácidos carboxílicos de cadeia longa utilizados com a finalidade de facilitar, durante processos de lavagem, a remoção de substâncias de baixa solubilidade em água, por exemplo, óleos e gorduras. A figura a seguir representa a estrutura de uma molécula de sabão.

Em solução, os ânions do sabão podem hidrolisar a água e, desse modo, formar o ácido carboxílico correspondente. Por exemplo, para o estearato de sódio, é estabelecido o seguinte equilíbrio:

Uma vez que o ácido carboxílico formado é pouco solúvel em água e menos eficiente na remoção de gorduras, o pH do meio deve ser controlado de maneira a evitar que o equilíbrio acima seja deslocado para a direita.

Com base nas informações do texto, é correto concluir que os sabões atuam de maneira:

a) Mais eficiente em pH básico. b) Mais eficiente em pH ácido. c) Mais eficiente em pH neutro. d) Eficiente em qualquer faixa de pH. e) Mais eficiente em pH ácido ou neutro.

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Resposta: a) Mais eficiente em pH básico.

No equilíbrio apresentado, vemos que o estearato de sódio ao reagir com a água forma um ácido carboxílico e hidroxila.

O intuito de controlar o pH é não permitir a formação de ácido carboxílico, e isso é feito deslocando o equilíbrio alterando a concentração de OH-.

Quanto mais OH- em solução, há uma perturbação no lado dos produtos e o sistema químico reage consumindo a substância que teve sua concentração aumentada, no caso a hidroxila.

Consequentemente, haverá a transformação dos produtos em reagentes.

Portanto, os sabões atuam de maneira mais eficiente em pH básico, pois o excesso de hidroxila desloca o equilíbrio para esquerda.

Já se o pH fosse ácido, haveria uma maior concentração de H+ que afetaria o equilíbrio consumindo OH- e o equilíbrio agiria produzindo mais hidroxila, deslocando o equilíbrio para esquerda e produzindo mais ácido carboxílico, o que não é de interesse no processo apresentado.

VEJA TAMBÉM: O que é pH?

Deslocamento de equilíbrio químico

11. (Enem/2011) Os refrigerantes têm-se tornado cada vez mais o alvo de políticas públicas de saúde. Os de cola apresentam ácido fosfórico, substância prejudicial à fixação de cálcio, o mineral que é o principal componente da matriz dos dentes. A cárie é um processo dinâmico de desequilíbrio do processo de desmineralização dentária, perda de minerais em razão da acidez. Sabe-se que o principal componente do esmalte do dente é um sal denominado hidroxiapatita. O refrigerante, pela presença da sacarose, faz decrescer o pH do biofilme (placa bacteriana), provocando a desmineralização do esmalte dentário. Os mecanismos de defesa salivar levam de 20 a 30 minutos para normalizar o nível do pH, remineralizando o dente. A equação química seguinte representa esse processo:

GROISMAN, S. Impacto do refrigerante nos dentes é avaliado sem tirá-lo da dieta. Disponível em: http://www.isaude.net. Acesso em: 1 maio 2010 (adaptado).

Considerando que uma pessoa consuma refrigerantes diariamente, poderá ocorrer um processo de desmineralização dentária, devido ao aumento da concentração de

a) OH–, que reage com os íons Ca2+, deslocando o equilíbrio para a direita. b) H+, que reage com as hidroxilas OH–, deslocando o equilíbrio para a direita. c) OH–, que reage com os íons Ca2+, deslocando o equilíbrio para a esquerda. d) H+, que reage com as hidroxilas OH–, deslocando o equilíbrio para a esquerda. e) Ca2+, que reage com as hidroxilas OH–, deslocando o equilíbrio para a esquerda.

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Resposta correta: b) H+, que reage com as hidroxilas OH–, deslocando o equilíbrio para a direita.

Quando o pH diminui é porque se aumentou a acidez, ou seja, a concentração de íons H+, como o enunciado diz há a presença do ácido fosfórico.

Esses íons reagem com OH- fazendo com que haja o consumo dessa substância e, consequentemente, o deslocamento do equilíbrio para direita, pois o sistema age produzindo mais desses íons que foram retirados.

O deslocamento de equilíbrio entre reagentes e produtos ocorreu pela diminuição da concentração de OH-.

Se os íons Ca2+ e OH- tivessem a concentração aumentada deslocaria o equilíbrio para esquerda, pois o sistema reagiria consumindo-os e formando mais hidroxiapatita.

VEJA TAMBÉM: Íon, Cátion e Ânion

12. (Enem/2010) Às vezes, ao abrir um refrigerante, percebe-se que uma parte do produto vaza rapidamente pela extremidade do recipiente. A explicação para esse fato está relacionada à perturbação do equilíbrio químico existente entre alguns dos ingredientes do produto de acordo com a equação:

A alteração do equilíbrio anterior, relacionada ao vazamento do refrigerante nas condições descritas, tem como consequência a:

a) Liberação de CO2 para o ambiente. b) Elevação da temperatura do recipiente. c) Elevação da pressão interna do recipiente. d) Elevação da concentração de CO2 no líquido. e) Formação de uma quantidade significativa de H2O.

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Resposta correta: a) Liberação de CO2 para o ambiente.

Dentro da garrafa, o gás carbônico estava dissolvido no líquido devido a elevada pressão.

Quando a garrafa é aberta, a pressão que havia no interior do recipiente (que era maior) se iguala a pressão do ambiente e, com isso, há o escape de gás carbônico.

O deslocamento de equilíbrio entre reagentes e produtos ocorreu pela diminuição da pressão: quando diminui a pressão, o equilíbrio se desloca para o maior volume (número de mols).

A reação deslocou-se para esquerda e o CO2 que estava dissolvido no liquido foi liberado, vazando quando se abriu a garrafa.

VEJA TAMBÉM: Características do dióxido de carbono Carolina BatistaTécnica em Química pelo Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Pernambuco (2011) e Bacharelada em Química Tecnológica e Industrial pela Universidade Federal de Alagoas (2018).