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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 2 (Química) da 2ª fase do ITA 2025

Química · Química: Constante de equilíbrio (Kc e Kp)

Texto-base das questões 01 a 10 · Química

Constantes

Constante de Avogadro (\text{N}_\text{A}) = 6{,}02 \times 10^{23}\ \text{mol}^{-1}

Constante de Faraday (F) = 9{,}65 \times 10^4\ \text{C}\cdot\text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{A}\cdot\text{s}\cdot\text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{J}\cdot\text{V}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}

Carga elementar = 1{,}60 \times 10^{-19}\ \text{C}

Constante dos gases (R) = 8{,}21 \times 10^{-2}\ \text{atm}\ \text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 8{,}31\ \text{J}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 1{,}98\ \text{cal}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}

Constante de Planck (h) = 6{,}63 \times 10^{-34}\ \text{J}\cdot\text{s}

Velocidade da luz no vácuo = 3{,}0 \times 10^8\ \text{m}\cdot\text{s}^{-1}

Número de Euler (e) = 2{,}72

Definições

Pressão: 1\ \text{atm} = 760\ \text{Torr} = 1{,}01325 \times 10^5\ \text{N}\cdot\text{m}^{-2} = 1{,}01325\ \text{bar}

Energia: 1\ \text{J} = 1\ \text{N}\ \text{m} = 1\ \text{kg}\ \text{m}^2\ \text{s}^{-2} = 6{,}24 \times 10^{18}\ \text{eV}

Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0\ ^\circ\text{C} e 1\ \text{atm}, equivalente a um volume de um gás ideal de 22{,}4\ \text{L}.

Condições ambiente: 25\ ^\circ\text{C} e 1\ \text{atm}

Condições padrão: 1\ \text{bar}; concentração das soluções = 1\ \text{mol}\ \text{L}^{-1} (rigorosamente: atividade unitária das espécies); sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão.

(s) = sólido. (\ell) = líquido. (g) = gás. (aq) = aquoso. (conc) = concentrado. (ua) = unidades arbitrárias. u.m.a. = unidade de massa atômica. [X] = concentração da espécie química X em \text{mol}\ \text{L}^{-1}

\ln \text{X} = 2{,}3 \log \text{X}

\log 2 = 0{,}301

\ln 2 = 0{,}693. \ln 3 = 1{,}099. \ln 5 = 1{,}609

Massas Molares

Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g}\ \text{mol}^{-1}) Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g}\ \text{mol}^{-1})
H 1 1,01 K 19 39,10
B 5 10,81 Cr 24 52,00
C 6 12,01 Fe 26 55,85
N 7 14,01 Nb 41 92,91
O 8 16,00 Ag 47 107,87
Na 11 22,99 Pt 78 195,08
S 16 32,06 Hg 80 200,59
\text{C}\ell 17 35,45 Bi 83 208,98

Considere a seguinte reação química, em que A, B e C são espécies químicas hipotéticas:

\ce{A(s) + B(g) <=> 2C(g)} \qquad \mathrm{K_c} = 2{,}0\text{.}

No início, o sistema contém 1,0 mol de \ce{B(g)}. Após atingir o equilíbrio, é adicionada uma quantidade “y” de \ce{B(g)} no sistema, fazendo com que se atinja um novo equilíbrio em que as concentrações de \ce{B(g)} e \ce{C(g)} são iguais. Considere que o volume do sistema é constante e igual a 1 L.

A partir das informações fornecidas, determine os seguintes valores numéricos:

a) concentração, em \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}, de \ce{B(g)} e \ce{C(g)} no primeiro equilíbrio;

b) número de mols dessa quantidade “y” adicionada;

c) concentração, em \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}, de \ce{B(g)} e \ce{C(g)} no segundo equilíbrio.

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Resolução comentada

a) Como A é sólido, ele não entra na expressão de K_c:

K_c=\frac{[\ce{C}]^2}{[\ce{B}]}=2{,}0

Seja x o quanto de B reage. No primeiro equilíbrio, [\ce{B}]=1{,}0-x e [\ce{C}]=2x, pois a proporção é 1 B para 2 C.

  1. \dfrac{(2x)^2}{1-x}=2
  2. 4x^2=2-2x \Rightarrow 2x^2+x-1=0
  3. x=\dfrac{-1+3}{4}=0{,}5 (a raiz negativa não tem sentido físico)

Conferindo: \dfrac{1{,}0^2}{0{,}5}=2{,}0.

[\ce{B}]=0{,}5\ \text{mol/L} e [\ce{C}]=1{,}0\ \text{mol/L}

c) No segundo equilíbrio, [\ce{B}]=[\ce{C}]=c. Substituindo na expressão de K_c:

\frac{c^2}{c}=c=2{,}0

A temperatura é a mesma, então K_c não muda.

[\ce{B}]=[\ce{C}]=2{,}0\ \text{mol/L}

b) Logo após a adição, [\ce{B}]=0{,}5+y e [\ce{C}]=1{,}0. O sistema está fora do equilíbrio e, como Q<K_c, desloca-se para a direita: reagem z mol/L de B e formam-se 2z mol/L de C.

  • Para C: 1{,}0+2z=2{,}0 \Rightarrow z=0{,}5.
  • Para B: 0{,}5+y-z=2{,}0 \Rightarrow y-0{,}5=1{,}5-0{,}5+0{,}5, isto é, y=2{,}0-0{,}5+0{,}5=2{,}0.

Conferindo: \dfrac{2^2}{2}=2. Isso supõe que há A sólido suficiente (ao todo são consumidos 1,0 mol de A).

y=2{,}0\ \text{mol}

Assunto: Constante de equilíbrio (Kc e Kp).

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Fonte: ITA 2ª fase 2025 · Química. Prova oficial ↗