Exame de Física e Química A 2026 · Época especial — item 7.1, resolvido

Cotação 12 pontosResposta abertaVerificado

Enunciado

Instituto de Avaliação Educativa · prova 715 · 2026 · Época especial

Reações secundárias na combustão da pólvora levam à formação de outros produtos de reação, de entre os quais o monóxido de carbono, $CO (g)$ $(M = 28, 01 g mo l^{- 1})$ . Quando em sistema fechado, o $CO (g)$ reage com a água, $H_{2} O (g)$ $(M = 18, 02 g mo l^{- 1})$ , estabelece-se um equilíbrio químico com o $C O_{2} (g)$ $(M = 44, 01 g mo l^{- 1})$ e o di-hidrogénio, $H_{2} (g)$ , numa reação traduzida por

CO (g) + H_{2} O (g) ⇌ C O_{2} (g) + H_{2} (g) K_{c} = 5, 1 a 700 K Δ H < 0

7.1.

Considere que, num recipiente fechado indeformável, mantido a $700 K$ , se encerram massas iguais de $CO (g)$ , de $H_{2} O (g)$ , de $C O_{2} (g)$ e de $H_{2} (g)$ .

Conclua qual das reações, direta ou inversa, é favorecida até ser atingido o equilíbrio químico.

Apresente todos os cálculos efetuados.

Resposta de exame

O que se escreve na prova para ter a cotação toda.

A expressão do quociente de reação é

Q_{c} = \frac{[ C O _{2} ] [ H _{2} ]}{[ CO ] [ H _{2} O ]}

Sendo $m$ a massa de cada um dos gases e $V$ o volume do recipiente, a concentração de cada gás é $[X] = \frac{n _{X}}{V} = \frac{m}{M _{X} V}$ , com $M (H_{2}) = 2 \times 1, 01 = 2, 02 g mo l^{- 1}$ . Então

Q_{c} = \frac{\frac{m}{44 , 01 V} \times \frac{m}{2 , 02 V}}{\frac{m}{28 , 01 V} \times \frac{m}{18 , 02 V}} = \frac{28 , 01 \times 18 , 02}{44 , 01 \times 2 , 02} = 5, 68

Uma vez que $Q_{c} = 5, 68 > K_{c} = 5, 1$ , é favorecida a reação inversa até ser atingido o equilíbrio químico.

Tenta primeiro no papel.

Quem lê a resolução antes de tentar acha que percebeu — e volta a errar no exame.

Mostra só o que se escreve na prova. A resolução explicada fica fechada — abres depois, se quiseres.

Resolução explicada

Passo a passo, com o porquê de cada passo.

O ponto de partida. Para saber para que lado evolui uma mistura que ainda não está em equilíbrio, compara-se o quociente da reação, $Q_{c}$ , com a constante de equilíbrio, $K_{c}$ , à mesma temperatura.

O quociente da reação escreve-se exatamente como a constante de equilíbrio — concentrações dos produtos no numerador, dos reagentes no denominador, cada uma elevada ao seu coeficiente estequiométrico —, mas com as concentrações de um instante qualquer, e não as de equilíbrio. A constante $K_{c}$ é o valor que esse quociente tem quando o sistema está em equilíbrio, e só depende da temperatura. Por isso:

se $Q_{c} < K_{c}$ , há «poucos» produtos face ao equilíbrio: o sistema evolui no sentido de os formar, e é favorecida a reação direta ( $Q_{c}$ aumenta até igualar $K_{c}$ );
se $Q_{c} > K_{c}$ , há produtos «a mais»: o sistema evolui no sentido de os consumir, e é favorecida a reação inversa ( $Q_{c}$ diminui até igualar $K_{c}$ );
se $Q_{c} = K_{c}$ , o sistema já está em equilíbrio.

Em termos de velocidades: «favorecida» quer dizer que, até ao equilíbrio, essa reação ocorre mais rapidamente do que a outra, e a composição muda no seu sentido. No equilíbrio, as duas passam a ter a mesma velocidade.

Repara que o enunciado diz «mantido a $700 K$ »: é a temperatura a que $K_{c} = 5, 1$ . Se a temperatura fosse outra, a comparação com este valor não valia.

1.º — escrever a expressão do quociente da reação

Na equação $CO (g) + H_{2} O (g) ⇌ C O_{2} (g) + H_{2} (g)$ todos os coeficientes são $1$ e todas as espécies são gasosas — entram todas na expressão:

Q_{c} = \frac{[ C O _{2} ] [ H _{2} ]}{[ CO ] [ H _{2} O ]}

Este é o primeiro elemento dos critérios. Escreve-o explicitamente, antes de qualquer número.

2.º — das massas iguais às concentrações

O enunciado não dá concentrações nem quantidades: dá massas iguais e as massas molares. O caminho é massa → quantidade de matéria → concentração:

n_{X} = \frac{m}{M _{X}} [X] = \frac{n _{X}}{V} = \frac{m}{M _{X} V}

A massa $m$ é a mesma para os quatro gases, e o volume $V$ é o do recipiente — também o mesmo para todos. A massa molar que falta, a do $H_{2}$ , tira-se da Tabela Periódica da prova ( $A_{r} (H) = 1, 01$ ):

M (H_{2}) = 2 \times 1, 01 = 2, 02 g mo l^{- 1}

A ideia-chave: massas iguais não são quantidades iguais. Quanto menor a massa molar, mais mole há na mesma massa. O $H_{2}$ , com $2, 02 g mo l^{- 1}$ , tem cerca de $22$ vezes mais moléculas do que o $C O_{2}$ , com $44, 01 g mo l^{- 1}$ .

3.º — calcular o quociente da reação

Substitui cada concentração na expressão:

Q_{c} = \frac{\frac{m}{M _{C O_{2}} V} \times \frac{m}{M _{H_{2}} V}}{\frac{m}{M _{CO} V} \times \frac{m}{M _{H_{2} O} V}}

Em cima e em baixo há $m^{2}$ e $V^{2}$ : cortam-se. Isto acontece porque a soma dos coeficientes dos produtos ( $1 + 1$ ) é igual à dos reagentes ( $1 + 1$ ); é por isso que o item não precisa de te dar nem a massa nem o volume. Fica só a razão das massas molares — invertida, porque cada $M$ está no denominador da sua concentração:

Q_{c} = \frac{M _{CO} \times M _{H_{2} O}}{M _{C O_{2}} \times M _{H_{2}}} = \frac{28 , 01 \times 18 , 02}{44 , 01 \times 2 , 02} = \frac{504 , 7}{88 , 90} = 5, 68

É o segundo elemento dos critérios, com o valor exato que eles indicam.

4.º — comparar com a constante e concluir

Q_{c} = 5, 68 > K_{c} = 5, 1

O quociente é maior do que a constante: na mistura inicial, a razão produtos/reagentes é maior do que a de equilíbrio a $700 K$ . Para chegar ao equilíbrio, $Q_{c}$ tem de diminuir — o que exige consumir $C O_{2}$ e $H_{2}$ e formar $CO$ e $H_{2} O$ .

Uma vez que $Q_{c} > K_{c}$ , é favorecida a reação inversa até ser atingido o equilíbrio químico.

com uma massa concreta

Se preferires trabalhar com números desde o início, escolhe uma massa qualquer — por exemplo, $m = 100 g$ de cada gás — e um volume $V$ :

n_{CO} = \frac{100}{28 , 01} = 3, 570 mol n_{H_{2} O} = \frac{100}{18 , 02} = 5, 549 mol

n_{C O_{2}} = \frac{100}{44 , 01} = 2, 272 mol n_{H_{2}} = \frac{100}{2 , 02} = 49, 50 mol

Q_{c} = \frac{\frac{2 , 272}{V} \times \frac{49 , 50}{V}}{\frac{3 , 570}{V} \times \frac{5 , 549}{V}} = \frac{112 , 5}{19 , 81} = 5, 68

O resultado é o mesmo, seja qual for a massa ou o volume que escolhas — é a prova de que eles se cancelam. Os critérios aceitam qualquer processo cientificamente correto; o que conta é a expressão, o valor e a conclusão coerente.

o resultado faz sentido

O $H_{2}$ , que está no numerador, é de longe o gás com mais mole na mistura; era de esperar um quociente grande. E $Q_{c}$ fica só um pouco acima de $K_{c}$ ( $5, 68$ contra $5, 1$ ): a reação inversa progride pouco até o sistema atingir o equilíbrio.

como o item é corrigido

Apesar de ter cálculos, este item é classificado por níveis de desempenho, contando três elementos: a expressão de $Q_{c}$ , o valor $5, 68$ e a conclusão.

Os três elementos: $12$ pontos. Os três com, pelo menos, um erro de cálculo: $10$ .
Só dois elementos: $8$ . Dois com erro de cálculo: $6$ .
Só um elemento: $3$ .
Um erro ao copiar um valor (escrever $28, 10$ em vez de $28, 01$ , por exemplo) conta como erro de cálculo (nota 1).
A conclusão só é validada se for coerente com o valor de $Q_{c}$ que obtiveste (nota 2): dizer «reação inversa» sem ter calculado $Q_{c}$ , ou depois de obter $Q_{c} < K_{c}$ , não vale o terceiro elemento.

onde se perdem pontos

O item é obrigatório (está assinalado com a estrela) e vale $12$ pontos.

Usar as massas como se fossem quantidades. Se puseres a mesma «concentração» para os quatro gases, obténs $Q_{c} = 1 < K_{c}$ e concluis que é favorecida a reação direta. Massas iguais não são quantidades de matéria iguais: tens de dividir cada massa pela massa molar.
Inverter a razão das massas molares. Quem escreve $Q_{c} = \frac{M _{C O_{2}} \times M _{H_{2}}}{M _{CO} \times M _{H_{2} O}}$ (as massas molares no lugar das concentrações) obtém $0, 176$ e chega à conclusão errada. A concentração é inversamente proporcional a $M$ .
Escrever $Q_{c}$ ao contrário, com os reagentes no numerador. Perdes a expressão, o valor e a conclusão — os três elementos.
Errar a massa molar do $H_{2}$ . É a única que o enunciado não dá; tira-a da Tabela Periódica: $2 \times 1, 01 = 2, 02 g mo l^{- 1}$ . Com $1, 01$ (a massa do átomo, não da molécula) obténs $11, 4$ ; a conclusão até coincide, mas o valor de $Q_{c}$ está errado. Os critérios dizem que se usam os valores da Tabela Periódica da prova.
Concluir sem cálculos. O enunciado pede «todos os cálculos efetuados», e a conclusão só conta se for coerente com um $Q_{c}$ que tenhas obtido (nota 2).
Comparar e não concluir. Escrever « $Q_{c} > K_{c}$ » e parar não responde à pergunta. Diz qual das reações — direta ou inversa — é favorecida.
Confundir as palavras. «O equilíbrio desloca-se para os reagentes» só serve se disseres o que isso significa: é favorecida a reação inversa. Responde com os termos do enunciado.
Apresentar duas conclusões. Se escreveres mais do que uma resposta ao mesmo item, só a primeira é classificada.

para reconhecer o próximo item deste tipo

Sempre que um item te der uma mistura inicial e a constante de equilíbrio e perguntar para que lado evolui o sistema, o caminho é: (1) escreve a expressão de $Q_{c}$ ; (2) põe-lhe as concentrações iniciais — se vierem massas, passa a quantidades com $n = \frac{m}{M}$ e a concentrações com $c = \frac{n}{V}$ ; (3) compara com $K_{c}$ à mesma temperatura. $Q_{c} < K_{c}$ favorece a direta; $Q_{c} > K_{c}$ favorece a inversa. E quando a soma dos coeficientes dos reagentes e dos produtos gasosos é igual, o volume desaparece da conta — não precisas dele.

Primeiro, a resposta de exame.

A resolução explicada abre-se depois, à parte, se quiseres perceber o porquê.

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