Equilíbrio químico no Enem

Questões sobre equilíbrios químicos no Enem são muito recorrentes. Pensando nisso, elaboramos este material, que traz os temas mais importantes sobre esse ramo da Físico-Química abordados no Exame Nacional do Ensino Médio (Enem).

Entre os assuntos relacionados ao equilíbrio químico, temos constante do equilíbrio em termos de concentração em mol/L e em termos de pressão, constante do equilíbrio iônico, constante de ionização, deslocamento do equilíbrio, pH e pOH, constante de hidrólise, solução-tampão e constante de solubilidade.

Entre os assuntos descritos acima, alguns deles ganham um destaque maior no Enem:

• Deslocamento de equilíbrio

• Constante de ionização

• pH

• Hidrólise salina

Tópicos deste artigo

• 1 - Videoaula sobre Equilíbrio Químico no Enem
• 2 - 1. Deslocamento de equilíbrio no Enem
• 3 - 2. pH e hidrólise salina no Enem
• 4 - 3. Constante de equilíbrio no Enem

Videoaula sobre Equilíbrio Químico no Enem

1. Deslocamento de equilíbrio no Enem

1.1- (Enem 2015) Hipoxia ou mal das alturas consiste na diminuição de oxigênio (O₂) no sangue arterial do organismo. Por essa razão, muitos atletas apresentam mal-estar (dores de cabeça, tontura, falta de ar) ao praticarem atividade física em altitudes elevadas. Nessas condições, ocorrerá uma diminuição na concentração de hemoglobina oxigenada (HbO₂) em equilíbrio no sangue, conforme a relação:

A alteração da concentração de hemoglobina oxigenada no sangue ocorre por causa:

a) da elevação da pressão arterial.

b) do aumento da temperatura corporal.

c) da redução da temperatura do ambiente.

d) da queda da pressão parcial de oxigênio.

e) da diminuição da quantidade de hemácias.

A hemoglobina oxigenada (HbO₂) encontra-se nos reagentes (lado direito) da equação. O exercício pergunta qual das opções levaria a uma alteração da hemoglobina oxigenada no sangue, ou seja, deslocaria o equilíbrio para a esquerda ou para a direita.

a) Falsa. O aumento do fluxo sanguíneo não tem nenhuma relação com a elevação da pressão arterial.

b) Falsa. A temperatura não traz nenhuma alteração ao equilíbrio fornecido.

c) Falsa. A temperatura não traz nenhuma alteração ao equilíbrio fornecido.

d) Verdadeira. A diminuição da pressão parcial de oxigênio reduz a quantidade de hemoglobina oxigenada, deslocando o equilíbrio para a esquerda.

e) Falsa. A queda do número de hemácias fará cair tanto o número de hemoglobinas como o de hemoglobinas oxigenadas.

1.2- (Enem 2011) Os refrigerantes têm-se tornado cada vez mais alvos de políticas públicas de saúde. Os de cola apresentam ácido-fosfórico, substância prejudicial à fixação de cálcio, 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 minutos a 30 minutos para normalizar o nível do pH, remineralizando o dente. A seguinte equação química representa esse processo:

Considerando que uma pessoa consuma refrigerantes diariamente, poderá ocorrer um processo de desmineralização dentária em decorrência do 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.

Resposta correta: Letra b

Resolução

O processo de desmineralização desloca o equilíbrio para a direita. Quando a pessoa toma refrigerante, está ingerindo um material ácido, ou seja, aumentando a quantidade de H⁺ no meio. O H⁺ interage, rapidamente, com o OH^- do equilíbrio, reduzindo a quantidade de OH^-. Dessa forma, desloca-se o equilíbrio para a direita, desmineralizando o dente.

1.3- (Enem-2013) Uma das etapas do tratamento da água é a desinfecção, sendo a cloração o método mais empregado. Esse método consiste na dissolução do gás cloro numa solução sob pressão e sua aplicação na água a ser desinfectada. As equações das reações químicas envolvidas são:

A ação desinfectante é controlada pelo ácido hipocloroso, que possui um potencial de desinfecção cerca de 80 vezes superior ao ânion hipoclorito. O pH do meio é importante, porque influencia na extensão com que o ácido hipocloroso ioniza-se. Para que a desinfecção seja mais efetiva, o pH da água a ser tratada deve estar mais próximo de:

a) 0

b) 5

c) 7

d) 9

e) 14

Resposta correta: Letra b

De acordo com o texto, a melhor ação desinfectante é realizada pela substância HClO. Logo, toda interpretação e conclusão deve estar voltada para uma forma de obter essa substância.

A substância HClO está presente no segundo equilíbrio, logo, uma tática interessante é deslocar esse equilíbrio para a esquerda. Para isso, segundo o princípio de Le Chatelier, temos a opção de aumentar a quantidade de H⁺ (adicionando uma substância ácida, de pH menor que 7) ou aumentar a quantidade de Cl^-.

Vale ressaltar que, na primeira equação, existe um outro equilíbrio químico, o qual apresenta a espécie HClO^-, que tem afinidade com H⁺, deslocando o equilíbrio para a esquerda. Esse é um movimento que não queremos.

Por isso, devemos utilizar um pH ácido (abaixo de 7). No entanto, esse pH não deve ser muito ácido para evitar uma grande quantidade de cátions H⁺ no meio.

Veja também: Equilíbrio químico nas cavernas

2. pH e hidrólise salina no Enem

2.1- (Enem-2017) Diversos produtos naturais podem ser obtidos de plantas por meio do processo de extração. O lapachol é da classe das naftoquinonas. Sua estrutura apresenta uma hidroxila enólica (pKa = 6,0) que permite que este composto seja isolado da serragem dos ipês por extração com solução adequada, seguida de filtração simples. Considere que pKa = -log Ka e que Ka é a constante ácida da reação de ionização do lapachol.

Qual solução deve ser usada para extração do lapachol da serragem do ipê com maior eficiência?

a) Solução de Na₂CO₃ para formar um sal de lapachol.

b) Solução-tampão ácido acético/acetato de sódio (pH = 4,5).

c) Solução de NaCI a fim de aumentar a força iônica do meio.

d) Solução de Na₂SO₄ para formar um par iônico com lapachol.

e) Solução de HCI a fim de extraí-lo por meio de reação ácido-base.

O enunciado indica que o pKa da substância é de 6,0. Esse valor de pKa deve ser empregado na expressão do pKa:

Como seu Ka é pequeno, o lapachol é uma substância ácida, logo, para removê-la, é interessante utilizar uma substância básica.

a) Verdadeiro. O sal é básico, pois provém de uma base forte (por ser da família IA), e o CO₃ provém de um ácido fraco (H₂CO₃).

b) Falso. A solução-tampão é ácida, e necessitamos de uma base.

c) Falso. O NaCl é um sal neutro, pois provém de uma base forte (por ser da família IA), e o Cl vem de um ácido forte (HCl).

d) Falso. Na₂SO₄ é um sal neutro, já que o Na é proveniente de uma base forte (por ser da família IA), e o SO₄ provém de um ácido forte (H₂SO₄).

e) Falso. O HCl é um ácido, e necessitamos de uma base.

2.2- (Enem- 2014) Visando a minimizar impactos ambientais, a legislação brasileira determina que resíduos químicos lançados diretamente no corpo receptor tenham pH entre 5,0 e 9,0. Um resíduo líquido aquoso gerado em um processo industrial tem concentração de íons hidroxila igual a 1,0.10^-10 mol/L. Para atender à legislação, um químico separou as seguintes substâncias, disponibilizadas no almoxarifado da empresa: CH₃COOH, Na₂SO4, CH₃OH, K₂CO₃ e NH₄Cl.

Para que o resíduo possa ser lançado diretamente no corpo receptor, qual substância poderia ser empregada no ajuste do pH?

a) CH₃COOH

b) Na₂SO₄

c) CH₃OH

d) K₂CO₃

e) NH₄Cl

Resposta correta: Letra d

Resolução

Passo 1: Determinar o pH do resíduo.

O exercício indica que o resíduo tem uma concentração de hidróxidos igual a 10^-10.

• Logo, podemos calcular o pH desse resíduo:

A partir do exposto, temos que o resíduo apresenta caráter ácido, pois seu pH é menor que 7. Assim, para neutralizá-lo, é fundamental a utilização de uma substância de caráter básico.

Passo 2: Determinar o caráter de cada sal para indicar qual deles é básico, já que o CH₃COOH (alternativa a) é um ácido, e o CH₃OH (alternativa c) é um álcool, classe orgânica com caráter ácido.

b) Sal neutro, pois o Na provém de uma base forte (por ser da família IA), e o SO₄ provém de um ácido forte (H₂SO₄).

d) Sal básico, pois K provém de uma base forte (por ser da família IA), e o CO₃ provém de um ácido fraco (H₂CO₃).

e) Sal ácido, pois NH₄ provém de uma base fraca (NH₄OH), e o Cl vem de um ácido forte (HCl).

2.3- (Enem- 2014) Um pesquisador percebe que o rótulo de um dos vidros em que guarda um concentrado de enzimas digestivas está ilegível. Ele não sabe qual enzima o vidro contém, mas desconfia que seja uma protease gástrica, que age no estômago digerindo proteínas. Sabendo que a digestão no estômago é ácida e no intestino é básica, ele monta cinco tubos de ensaio com alimentos diferentes, adiciona o concentrado de enzimas em soluções com pH determinado e aguarda para ver se a enzima age em algum deles. O tubo de ensaio em que a enzima deve agir para indicar que a hipótese do pesquisador está correta é aquele que contém:

a) cubo de batata em solução com pH = 9.

b) pedaço de carne em solução com pH = 5.

c) clara de ovo cozida em solução com pH = 9.

d) porção de macarrão em solução com pH = 5.

e) bolinha de manteiga em solução com pH = 9.

Resposta correta: Letra b

O exercício exige do estudante boa interpretação e correlação com conhecimento bioquímico de alimentos. Ele informa que o pesquisador acha que a enzima é digestiva, atua em um pH ácido e age sobre proteínas (por ser uma protease).

Se essa enzima atua em um meio ácido, o pH deve ser menor que 7. A carne é formada por proteínas, enquanto o macarrão é formado por carboidratos. Por isso, a resposta certa é a alternativa b.

2.4- (Enem- 2012) Uma dona de casa, acidentalmente, deixou cair na geladeira a água proveniente do degelo de um peixe, o que deixou um cheiro forte e desagradável dentro do eletrodoméstico. Sabe-se que o odor característico de peixe é decorrente das aminas, e que esses compostos comportam-se como bases. Na tabela, são listadas as concentrações hidrogeniônicas de alguns materiais encontrados na cozinha, os quais a dona de casa pensa em utilizar na limpeza da geladeira.

Entre os materiais listados, quais são apropriados para amenizar esse odor?

a) Álcool ou sabão

b) Suco de limão ou álcool

c) Suco de limão ou vinagre

d) Suco de limão, leite ou sabão

e) Sabão ou carbonato de sódio/barrilha

Resposta correta: Letra c

Resolução

O exercício propõe uma situação-problema na qual a geladeira de uma dona de casa está com um forte odor provocado por uma substância de natureza básica. Questiona-se, assim, quais materiais seriam interessantes para solucionar esse problema.

Para neutralizar uma base, é necessário utilizar um material de natureza ácida ou com pH menor que 7. Como o exercício forneceu os valores das concentrações de H⁺ dos materiais, bastava utilizar cada um na expressão abaixo:

Assim:

• Suco: pH = 2

• Leite: pH = 6

• Vinagre: pH = 3

• Álcool: pH = 8

• Sabão: pH = 12

• Barrilha: pH = 12

Os materiais de caráter ácido são suco, vinagre e leite. Assim, apenas a alternativa c traz materiais de natureza ácida.

3. Constante de equilíbrio no Enem

3.1- (Enem-2016) Após seu desgaste completo, os pneus podem ser queimados para a geração de energia. Entre 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 abaixo:

Entre 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.

Resposta correta: Letra d

Resolução

O exercício coloca uma situação-problema na qual os gases poluentes promovem a chuva ácida. Em seguida, pergunta qual das substâncias citadas seria interessante para neutralizar esses gases e, consequentemente, evitar a chuva ácida.

Para evitar a chuva ácida, deve-se neutralizar os gases ácidos utilizando, para isso, uma solução com caráter básico. Substâncias com essa característica são aquelas que, preferencialmente, liberam grupos OH^- no meio. Na tabela, piridina, metilamina e hidrogenofosfato de potássio são substâncias básicas.

Assim, para determinar a substância capaz de remover com maior eficiência os gases poluentes, devemos analisar o valor da constante de ionização. Quanto maior a constante, maior a capacidade de liberar OH^-. Assim, o hidrogenofosfato de potássio é a substância mais indicada nesse caso.

3.2- (Enem-2015) Vários ácidos são utilizados em indústrias que descartam seus efluentes em 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^o C, qual é o valor numérico da constante de equilíbrio da reação I?

a) 4,5x10^-26

b) 5x10^-5

c) 0,8x10^-9

d) 0,2x10⁵

e) 2,2x10²⁶

Resposta correta: Letra b

Resolução

Esse exercício envolve constante de ionização. Inicialmente, é fundamental entender que a equação I, na realidade, é resultante (soma) das equações II, III e IV. Por isso, para iniciar a resolução, devemos utilizar os princípios da lei de Hess.

Passo 1: Utilização da lei de Hess.

Invertendo a equação II e mantendo as equações III e IV, temos:

Com isso, podemos observar que o ânion CO₃^-2 e o cátion H⁺ serão eliminados, e a soma das equações resultará na equação I.

Passo 2: Cálculo da constante

A constante de equilíbrio da equação de ionização é sempre dada pela multiplicação das constantes das outras equações:

Por Me. Diogo Dias