Atividades de mudanças de estado físico da matéria para a 1ª série do Ensino Médio com gabarito

Quando ensino mudanças de estado físico na 1ª série, gosto de partir de situações que os estudantes reconhecem: gelo derretendo, água fervendo ou gotículas se formando do lado de fora de um copo frio. A partir dessas observações, organizo a conversa em torno de duas perguntas concretas: o que mudou na matéria e o que aconteceu com a energia? Essa passagem do cotidiano para a linguagem da Química ajuda a distinguir uma mudança física de uma reação química.

Também procuro não tratar o tema como uma lista para decorar. Ao resolver questões, os alunos precisam interpretar o sentido da transferência de energia, relacionar massa e calor latente e verificar se a matéria permanece no sistema observado. A seguir, reuni ideias de trabalho e questões com gabarito comentado. Algumas questões da seleção envolvem reações químicas, conservação de massa e cálculos relacionados; elas ampliam o diagnóstico de conceitos próximos, mas não são, por si só, exercícios diretos de mudança de estado físico.

O que o aluno de 1ª série precisa saber sobre Mudanças de estado físico da matéria

Na 1ª série, espero que o aluno reconheça os estados sólido, líquido e gasoso e descreva fusão, solidificação, vaporização e condensação, também chamada liquefação. Em condições adequadas, a fusão transforma sólido em líquido e a vaporização transforma líquido em gás; ambas envolvem absorção de energia. Na solidificação e na condensação, a substância libera energia para o ambiente. É importante distinguir temperatura de energia transferida: durante uma mudança de estado de uma substância pura, a temperatura pode permanecer constante enquanto ocorre a transformação, embora isso dependa das condições e do modelo estudado. Quando o exercício fornece calor latente, a relação Q = mL permite calcular a energia usando a massa e o calor latente específico. A mudança física não significa, por si só, que a substância se transformou em outra. Em um sistema fechado, a massa total do material se conserva; em um sistema aberto, a massa medida pode variar se matéria, como vapor, sair ou entrar.

O que ele precisa saber antes

Para acompanhar as atividades, é útil que a turma já consiga reconhecer sólido, líquido e gás, interpretar uma tabela ou um enunciado com dados e fazer multiplicações simples com unidades. Nas questões de calor latente, o pré-requisito é compreender a diferença entre absorção e liberação de energia e usar Q = mL. Também vale retomar que massa não é o mesmo que volume e que a quantidade de matéria permanece no sistema fechado mesmo quando o estado físico muda.

O conjunto inclui ainda questões que exigem outros conhecimentos: contagem de átomos e balanceamento, estequiometria, gases ideais, equilíbrio químico, calorimetria e conservação de massa em sistemas abertos e fechados. Eu separaria essas questões por objetivo, sem apresentar todas como se avaliassem diretamente mudanças de estado. Assim, a prova pode reunir habilidades relacionadas à matéria e à energia, mas a correção deixa claro o conceito que cada item realmente verifica.

Onde os alunos mais erram

Nas questões diretamente ligadas ao tema, um erro comum é inverter os fluxos de energia: afirmar que a fusão libera energia ou que a solidificação a absorve. Outro é usar o valor de calor latente como se já fosse a energia total, esquecendo de multiplicar pela massa. A questão dos painéis térmicos permite observar esses dois pontos: com 5 kg e 180 kJ/kg, a energia é 900 kJ, absorvida na fusão e liberada na solidificação.

Também vale ficar atento à ideia de que a matéria desaparece quando deixa de ser visível. Em um sistema aberto, um gás pode escapar e deixar de ser registrado pela balança; isso não significa que perdeu massa. Entre os itens fornecidos, o distrator mais provável da questão dos painéis é a alternativa que inverte absorção e liberação. Nas demais questões, os erros específicos são contar átomos incorretamente, confundir massa de reagente com massa de produto ou aplicar uma relação matemática sem considerar unidades e proporções. Esses itens podem ajudar no diagnóstico, mas não devem ser confundidos com erros conceituais sobre transições de fase.

Como trabalhar em sala

• Comece por observações cotidianas: peça que descrevam o que veem no gelo derretendo ou em gotículas que aparecem num recipiente frio. Depois, nomeiem o estado inicial, o final e a transformação, sem antecipar uma explicação complexa.
• Faça um esquema de setas: no quadro, represente sólido, líquido e gasoso. Em cada seta, escreva o nome da mudança e indique se há absorção ou liberação de energia. Convide a turma a justificar as setas com exemplos familiares.
• Explore o cálculo de calor latente: proponha um exemplo curto com valores fornecidos e peça que identifiquem massa, calor latente e unidade antes de calcular. Compare o resultado com o erro de usar apenas o valor por quilograma.
• Discuta sistema aberto e fechado: use a situação do comprimido efervescente como ponte para conservação de massa. Pergunte o que a balança inclui em cada montagem e por que a massa medida pode variar quando um gás sai do recipiente.
• Separe os objetivos na correção: organize os itens por habilidade — mudança de estado, energia, conservação de massa ou reação química. Assim, consigo orientar a retomada com precisão em vez de atribuir toda dificuldade ao mesmo conteúdo.

Questões prontas de Mudanças de estado físico da matéria para a 1ª série do Ensino Médio (com gabarito comentado)

Nota de aplicação: as questões 1 a 4 e 6 a 8 tratam de reações, equilíbrio, calorimetria ou conservação de massa. Incluo-as porque fazem parte do conjunto validado informado, mas recomendo usá-las como itens de articulação ou diagnóstico, não como avaliação exclusiva de mudanças de estado. A questão 5 é a que aborda diretamente fusão e solidificação.

1. Contagem de oxigênios na reação do carbonato de cálcio

Em regiões industriais, esculturas de calcário sofrem degradação associada à reação entre carbonato de cálcio e ácido clorídrico. Compare os átomos de oxigênio nos reagentes e nos produtos de CaCO₃ + HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂ e determine se há conservação desses átomos.

• ❌ A) Nos reagentes há 1 átomo de oxigênio e nos produtos há 2. Incorreta: CaCO₃ tem três átomos de O, e H₂O e CO₂ somam outros três nos produtos.
• ❌ B) Nos reagentes há 2 e nos produtos há 3. Incorreta: a fórmula CaCO₃ contém três oxigênios, não dois.
• ❌ C) Nos reagentes há 4 e nos produtos há 3. Incorreta: a contagem nos reagentes está superestimada; CaCO₃ contribui com três.
• ✅ D) Nos reagentes há 3 e nos produtos há 3. Correta: CaCO₃ apresenta três O; nos produtos, um está em H₂O e dois em CO₂. Os átomos de oxigênio são conservados.
• ❌ E) Nos reagentes há 3 e nos produtos há 4. Incorreta: H₂O e CO₂ totalizam três átomos de oxigênio.

Gabarito comentado: a contagem de cada elemento ajuda a verificar a conservação dos átomos. O item não avalia uma mudança de estado, mas retoma a diferença entre transformação química e física.

2. Equilíbrio entre NO₂ e N₂O₄ após compressão

Uma amostra de NO₂ ocupa inicialmente 1,00 L a 1,00 atm. Mantida a temperatura constante e sem vazamento, ela é comprimida a 0,50 L; a pressão final, após o equilíbrio 2 NO₂(g) ⇌ N₂O₄(g), é 1,60 atm. Que porcentagem da quantidade inicial de NO₂ se transformou em N₂O₄, considerando gases ideais?

• ❌ A) 60%. Incorreta: não corresponde à redução do número total de mols nem à estequiometria 2:1.
• ❌ B) 50%. Incorreta: usa a redução do volume como se ela indicasse diretamente a fração convertida.
• ❌ C) 20%. Incorreta: a redução de 20% é da quantidade total de mols, não da quantidade de NO₂ transformada.
• ❌ D) 30%. Incorreta: aplica um fator que não considera corretamente que dois mols de NO₂ formam um mol de N₂O₄.
• ✅ E) 40%. Correta: PV inicial é 1,00 atm·L; PV final é 0,80 atm·L. A redução total é 20%. Como a reação reduz em um mol o total a cada dois mols de NO₂ consumidos, a conversão de NO₂ é 40%.

Gabarito comentado: a resolução exige lei dos gases ideais e equilíbrio químico, não mudança de fase. Pode ser usada numa atividade mais ampla sobre matéria em sistemas gasosos.

3. Entalpia molar de combustão do etanol

Em um calorímetro calibrado, a combustão completa de 0,50 g de etanol aquece 450 g de água de 22,0 °C a 30,0 °C. Use c = 4,18 J·g⁻¹·°C⁻¹ e massa molar do etanol igual a 46 g/mol. Qual é o módulo da entalpia molar em kJ/mol?

• ❌ A) 2769 kJ/mol. Incorreta: o resultado decorre de usar metade da massa de etanol informada.
• ✅ B) 1385 kJ/mol. Correta: q = 450 × 4,18 × 8 = 15 048 J = 15,048 kJ. A quantidade de etanol é 0,50/46 mol; dividindo a energia pela quantidade, obtém-se aproximadamente 1385 kJ/mol.
• ❌ C) 30,1 kJ/mol. Incorreta: trata a energia por grama como energia por mol, sem converter a massa em quantidade de matéria.
• ❌ D) 1384416 kJ/mol. Incorreta: não faz a conversão apropriada de joules para quilojoules.
• ❌ E) 692,5 kJ/mol. Incorreta: usa uma massa molar incorreta, 23 g/mol, e dobra os mols calculados.

Gabarito comentado: o item avalia calorimetria e conversão de unidades. Como extensão, pode-se comparar energia em uma reação química com a energia envolvida em mudanças físicas, sem confundir os dois processos.

4. Água incorporada na pega do gesso

Um restaurador mistura 1,00 kg de hemidrato de sulfato de cálcio com 0,60 L de água. Após a pega e dois dias exposto ao ar, a peça pesa 1,45 kg. A reação simplificada é CaSO₄·½H₂O + 3/2 H₂O → CaSO₄·2H₂O. Considerando densidade da água de 1,0 g/mL e pó puro, qual interpretação é adequada?

• ❌ A) A massa aumentou porque se formou gás preso no sólido. Incorreta: a equação não produz gás; a água pode ser incorporada ou permanecer retida.
• ✅ B) No máximo cerca de 0,19 kg de água reage; a massa observada indica água residual na peça. Correta: a estequiometria prevê aproximadamente 0,186 kg de água incorporada por 1,00 kg de hemidrato. O restante não precisa ter reagido e pode permanecer como umidade.
• ❌ C) A massa deveria diminuir porque o hemidrato se decompõe e perde água. Incorreta: a transformação descrita é hidratação, com incorporação de água.
• ❌ D) Os 0,60 kg de água reagem totalmente. Incorreta: a proporção da reação não permite concluir que toda a água adicionada seja consumida.
• ❌ E) A formação de novas substâncias viola a conservação de massa. Incorreta: reações reorganizam átomos; a massa total se conserva quando se considera o sistema completo.

Gabarito comentado: a mudança é química, não uma transição de estado. O item permite discutir massa, água retida e sistema aberto, desde que a turma diferencie esses conceitos.

5. Energia e massa em um ciclo de fusão e solidificação

Painéis contêm 5 kg de um material que funde a 28 °C e volta a solidificar à noite. A energia de mudança de estado é 180 kJ/kg, e os painéis permanecem fechados. Qual alternativa descreve corretamente o ciclo?

• ❌ A) Na fusão, absorve 900 kJ e aumenta a massa. Incorreta: absorver energia não significa receber matéria; a massa permanece 5 kg no painel fechado.
• ✅ B) Na fusão, absorve 900 kJ; na solidificação, libera 900 kJ, permanecendo com 5 kg. Correta: Q = mL = 5 × 180 = 900 kJ. A fusão absorve energia e a solidificação libera a mesma quantidade para a mesma massa e mudança de estado.
• ❌ C) Absorve e libera 36 kJ. Incorreta: divide 180 por 5, quando deve multiplicar o calor latente pela massa.
• ❌ D) Libera menos energia na solidificação. Incorreta: para o ciclo descrito, os módulos da energia de fusão e solidificação são iguais.
• ❌ E) Na fusão libera 900 kJ e na solidificação absorve 900 kJ. Incorreta: inverte os sentidos de transferência de energia.

Gabarito comentado: este é o item diretamente alinhado ao tema. Ele reúne cálculo de calor latente, sentido da energia e conservação da massa em sistema fechado.

6. Efervescência em recipiente aberto e vedado

Em um béquer aberto com bicarbonato de sódio e ácido cítrico, a massa do conjunto passa de 164,8 g para 163,5 g após a efervescência. Em ensaio com as mesmas quantidades num frasco vedado, a massa permanece em 164,8 g. Qual explicação é compatível com a conservação da massa?

• ❌ A) Parte dos átomos deixou de existir. Incorreta: numa reação química, os átomos se reorganizam.
• ❌ B) Parte da massa virou energia de forma mensurável. Incorreta: a diferença descrita decorre da saída de matéria gasosa do sistema aberto.
• ❌ C) O CO₂ não possui massa. Incorreta: o gás tem massa e é incluído na pesagem quando permanece no frasco.
• ❌ D) O frasco vedado impede a reação. Incorreta: vedar o recipiente impede a saída de produtos, não necessariamente a reação.
• ✅ E) Produtos gasosos escapam do béquer aberto; no frasco vedado permanecem no sistema medido. Correta: a diferença de massa na balança não contradiz a conservação da massa quando se considera o que saiu do sistema.

Gabarito comentado: use o exemplo para comparar sistema aberto e fechado. Em mudanças de estado, a mesma atenção ao que está incluído no sistema ajuda a interpretar vaporização e condensação.

7. Decomposição térmica do carbonato de cálcio

Dois lotes de 100 kg de CaCO₃ são aquecidos em fornos abertos. No forno II, após o gás se dispersar e o sólido ser recolhido, há 50,4 kg de CaO. Sabendo que CaCO₃ → CaO + CO₂ e que 100 kg de CaCO₃ formam 56 kg de CaO, quanto reagiu e quanto restou sem decomposição?

• ❌ A) Reagiram 90 kg e restaram 39,6 kg. Incorreta: 39,6 kg corresponde à massa de CO₂ formada a partir de 90 kg, não ao sólido remanescente.
• ❌ B) Reagiram 56 kg e restaram 44 kg. Incorreta: trata a proporção de massas molares como a massa efetivamente reagida no lote.
• ❌ C) Reagiram 50,4 kg e restaram 49,6 kg. Incorreta: confunde a massa de CaO produzida com a massa de CaCO₃ consumida.
• ✅ D) Reagiram 90 kg e restaram 10 kg. Correta: 50,4 kg de CaO correspondem a 90% de 56 kg; portanto, 90 kg de CaCO₃ reagiram e 10 kg permaneceram.
• ❌ E) Reagiram os 100 kg. Incorreta: a decomposição completa produziria 56 kg de CaO, não 50,4 kg.

Gabarito comentado: trata-se de decomposição química e estequiometria, não de mudança de estado. A comparação com processos físicos pode ajudar a turma a justificar por que a identidade das substâncias importa.

8. Equação da reação do mármore com ácido clorídrico

Uma lasca de mármore, composto principalmente por CaCO₃, borbulha ao entrar em contato com ácido clorídrico. O gás turva a água de cal, e a solução restante contém Ca²⁺ e Cl⁻. Qual equação balanceada representa a transformação?

• ❌ A) CaCO₃ + 2 HCl → CaCl₂ + H₂O + CO. Incorreta: o teste indica CO₂, não CO; a distribuição de oxigênios também fica incorreta.
• ❌ B) CaCO₃ + 2 HCl → CaCl + H₂O + CO₂. Incorreta: o cloreto de cálcio tem fórmula CaCl₂, não CaCl.
• ✅ C) CaCO₃ + 2 HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂. Correta: os coeficientes conservam Ca, C, O, H e Cl; carbonato e ácido formam sal, água e dióxido de carbono.
• ❌ D) CaCO₃ + 2 HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂. Incorreta: propõe H₂ e deixa de representar a formação de água indicada pela reação.
• ❌ E) CaCO₃ + HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂. Incorreta: com apenas um HCl, não há cloro e hidrogênio suficientes para balancear os produtos.

Gabarito comentado: a questão verifica identificação de produtos e balanceamento de uma reação. É um item de revisão de transformação química e conservação dos átomos, não de mudança de fase.

Para fechar: escolha os itens conforme seu objetivo

Eu usaria a questão dos painéis como verificação principal de fusão, solidificação, energia e massa. Os demais itens podem compor uma sequência interdisciplinar de revisão sobre matéria, energia e transformações, com objetivos identificados para a turma. Para ampliar o banco de atividades, consulte as questões da habilidade EM13CNT101. Você também pode preparar uma avaliação no gerador de provas do GeraProva e fazer seu cadastro grátis.

As questões e sugestões servem como ponto de partida: adapte a seleção ao que sua turma já estudou e ao objetivo da aula. Experimente o GeraProva para montar uma prova alinhada ao seu planejamento.