Química · 11.ª–12.ª classe

Como calcular a constante de equilíbrio Kc?

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  • 4 exemplos resolvidos
  • 5 exercícios com solução
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Resposta curta

Para calcular Kc, escreva a equação equilibrada, coloque no numerador as concentrações dos produtos elevadas aos seus coeficientes e no denominador as dos reagentes, também elevadas aos coeficientes, e substitua os valores de equilíbrio em mol/L. Sólidos e líquidos puros não entram na expressão.

Fórmula e significado de cada termo

Para a reação reversível a A + b B ⇌ c C + d D, à temperatura T:

Constante de equilíbrio em concentrações

Kc = [C]c × [D]d ÷ ([A]a × [B]b)

  • Os parênteses retos [ ] indicam concentração no equilíbrio, em mol/L.
  • Os expoentes são os coeficientes estequiométricos da equação.
  • Kc só muda com a temperatura; não depende das concentrações iniciais nem de catalisador.
  • Um Kc grande (muito maior que 1) indica que no equilíbrio predominam os produtos; um Kc pequeno indica que predominam os reagentes.

Condições de aplicação

  • A reação tem de estar em equilíbrio e a equação equilibrada.
  • Sólidos e líquidos puros não aparecem: por exemplo, em CaCO3(s) ⇌ CaO(s) + CO2(g), Kc = [CO2].
  • Se inverter a equação, o novo Kc é 1 ÷ Kc. Muitos programas dispensam as unidades de Kc; confirme o que o seu professor e o programa em vigor exigem.

Passo a passo

  1. Escreva a equação química equilibrada e identifique o estado físico de cada espécie.
  2. Escreva a expressão de Kc, deixando de fora sólidos e líquidos puros.
  3. Obtenha as concentrações de equilíbrio. Se o enunciado dá moles, divida pelo volume. Se dá valores iniciais, use uma tabela: inicial, variação (proporcional aos coeficientes), equilíbrio.
  4. Substitua e calcule, respeitando os expoentes.
  5. Verifique: o sinal da conclusão (Kc grande ou pequeno) é coerente com o que sabe sobre a mistura?

Exemplos resolvidos

Exemplo 1 — Concentrações de equilíbrio dadas

Enunciado: Na síntese N2(g) + 3 H2(g) ⇌ 2 NH3(g), as concentrações de equilíbrio são [N2] = 0,10 mol/L, [H2] = 0,20 mol/L e [NH3] = 0,040 mol/L. Calcule Kc.

Resolução:

  1. Kc = [NH3]2 ÷ ([N2] × [H2]3).
  2. Numerador: 0,0402 = 0,0016.
  3. Denominador: 0,10 × 0,203 = 0,10 × 0,0080 = 0,00080.
  4. Kc = 0,0016 ÷ 0,00080 = 2,0.

Resposta: Kc = 2,0. Verificação: 2,0 × 0,00080 = 0,0016, o numerador.

Exemplo 2 — A partir de concentrações iniciais

Enunciado: Num recipiente misturam-se H2 e I2, ambos a 0,50 mol/L. No equilíbrio H2 + I2 ⇌ 2 HI, [HI] = 0,80 mol/L. Calcule Kc.

Resolução:

  1. Formaram-se 0,80 mol/L de HI; por cada 2 HI gasta-se 1 H2 e 1 I2. Reagiu x = 0,80 ÷ 2 = 0,40 mol/L de cada.
  2. [H2] = [I2] = 0,50 − 0,40 = 0,10 mol/L.
  3. Kc = [HI]2 ÷ ([H2] × [I2]) = 0,64 ÷ (0,10 × 0,10) = 0,64 ÷ 0,010 = 64.

Resposta: Kc = 64. Verificação: átomos de H por litro: 2 × 0,10 + 0,80 = 1,0 = 2 × 0,50.

Exemplo 3 — Equilíbrio heterogéneo

Enunciado: CaCO3(s) ⇌ CaO(s) + CO2(g). No equilíbrio, a concentração de CO2 é 0,020 mol/L. Calcule Kc.

Resolução:

  1. Os dois sólidos não entram na expressão.
  2. Kc = [CO2].
  3. Kc = 0,020.

Resposta: Kc = 0,020. Verificação: a quantidade de sólido presente não altera o valor, desde que haja algum.

Exemplo 4 — Nível de exame: partir de moles

Enunciado: Num recipiente de 2,0 L, o equilíbrio 2 SO2(g) + O2(g) ⇌ 2 SO3(g) tem 0,40 mol de SO2, 0,20 mol de O2 e 0,80 mol de SO3. Calcule Kc.

Resolução:

  1. Concentrações: [SO2] = 0,40 ÷ 2,0 = 0,20; [O2] = 0,20 ÷ 2,0 = 0,10; [SO3] = 0,80 ÷ 2,0 = 0,40 mol/L.
  2. Kc = [SO3]2 ÷ ([SO2]2 × [O2]).
  3. Numerador: 0,402 = 0,16. Denominador: 0,202 × 0,10 = 0,040 × 0,10 = 0,0040.
  4. Kc = 0,16 ÷ 0,0040 = 40.

Resposta: Kc = 40. Verificação: se usasse moles em vez de concentrações obteria 0,64 ÷ (0,16 × 0,20) = 20, valor diferente; por isso divida sempre pelo volume.

Erros frequentes no cálculo

  • Usar moles em vez de concentrações, quando o volume não é 1 L (ver o Exemplo 4).
  • Esquecer os expoentes dos coeficientes, sobretudo em [H2]3.
  • Pôr os reagentes em cima. Produtos no numerador, reagentes no denominador.
  • Incluir sólidos e líquidos puros na expressão.
  • Usar valores iniciais em vez dos de equilíbrio.
  • Trocar a equação (inverter ou multiplicar) sem ajustar Kc.

Exercícios propostos

Tente resolver primeiro no caderno; depois confira.

1Exercício 1

Escreva a expressão de Kc para 2 NO(g) + O2(g) ⇌ 2 NO2(g).

Ver solução

Kc = [NO2]2 ÷ ([NO]2 × [O2]).

2Exercício 2

Para CO(g) + 2 H2(g) ⇌ CH3OH(g), as concentrações de equilíbrio são [CO] = 0,10, [H2] = 0,20 e [CH3OH] = 0,16 mol/L. Calcule Kc.

Ver solução

Kc = 0,16 ÷ (0,10 × 0,202) = 0,16 ÷ (0,10 × 0,040) = 0,16 ÷ 0,0040 = 40.

3Exercício 3

Para N2O4 ⇌ 2 NO2, Kc = 4,0 e [N2O4] = 0,25 mol/L no equilíbrio. Calcule [NO2].

Ver dica

Isole [NO2]2.

Ver solução

[NO2]2 = Kc × [N2O4] = 4,0 × 0,25 = 1,0. [NO2] = 1,0 mol/L.

4Exercício 4

A uma certa temperatura, Kc = 2,0 para N2 + 3 H2 ⇌ 2 NH3. Qual é Kc para 2 NH3 ⇌ N2 + 3 H2 à mesma temperatura?

Ver solução

A reação foi invertida, logo Kc' = 1 ÷ 2,0 = 0,50.

5Exercício 5

Para H2 + I2 ⇌ 2 HI, Kc = 64. Uma mistura tem [H2] = [I2] = 0,10 e [HI] = 0,60 mol/L. Está em equilíbrio? Se não, para que lado evolui?

Ver dica

Calcule o quociente de reação Q com a mesma expressão e compare com Kc.

Ver solução

Q = 0,602 ÷ (0,10 × 0,10) = 0,36 ÷ 0,010 = 36. Como Q (36) é menor do que Kc (64), não está em equilíbrio; evolui para a direita, formando mais HI.

Perguntas frequentes

Qual é a fórmula para calcular Kc?

Kc = produto das concentrações dos produtos elevadas aos coeficientes, a dividir pelo produto das dos reagentes elevadas aos coeficientes, todas no equilíbrio.

Como verificar se o resultado está correto?

Substitua o Kc obtido na expressão com as concentrações e veja se reproduz as mesmas. Confirme também se o valor é coerente: produtos dominantes dão Kc grande.

Que erros se cometem ao calcular Kc?

Os mais comuns são usar moles sem dividir pelo volume, esquecer os expoentes e incluir sólidos puros. Consulte a lista acima.

Kc muda se aumentar a concentração de um reagente?

Não. Kc só depende da temperatura. Muda a composição do equilíbrio, mas o quociente no novo equilíbrio volta a igualar Kc.

Resumo

  • Kc = [produtos]coef ÷ [reagentes]coef, com concentrações de equilíbrio em mol/L.
  • Sólidos e líquidos puros não entram na expressão.
  • Kc depende apenas da temperatura.
  • Equação invertida: Kc' = 1 ÷ Kc.
  • Q comparado com Kc indica o sentido em que o sistema evolui.

Onde aprofundar

  • O manual de Química da sua classe e o programa oficial (INIDE / Ministério da Educação de Angola) — confirme a edição em vigor.
  • OpenStax Chemistry (em inglês), capítulo sobre equilíbrio químico e constante de equilíbrio.

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