Atividades de Mudanças reversíveis e irreversíveis para a 2ª série do Ensino Médio com gabarito

Quando trabalho mudanças reversíveis e irreversíveis na 2ª série, procuro começar por uma distinção que parece simples, mas exige atenção: uma transformação não é reversível apenas porque conseguimos imaginar uma reação inversa. É preciso considerar se o sistema retorna ao estado inicial nas condições discutidas e se há formação de novas substâncias. A comparação entre gelo derretendo, sal dissolvido e ferrugem ajuda a colocar essa ideia em situações observáveis; depois, posso avançar para combustão e equilíbrio químico. Também observo se a turma separa mudança de estado físico de reação química e se usa corretamente os dados de uma equação ou de uma situação experimental. As questões a seguir percorrem esses níveis: partem de fenômenos familiares, passam por reações químicas e chegam a cálculos com Kp e Qp. Assim, consigo identificar o raciocínio por trás da resposta, não apenas conferir uma letra.

Organizei as atividades com gabarito comentado para apoiar uma aula, uma revisão ou uma avaliação diagnóstica. Ao corrigir, vale pedir que cada estudante explique qual evidência do enunciado sustenta a classificação.

O que o aluno de 2ª série precisa saber sobre Mudanças reversíveis e irreversíveis

Na 2ª série, o estudante precisa reconhecer que reversibilidade depende das condições e do comportamento do sistema, não de uma regra isolada como “libera calor, então não volta”. Em uma transformação reversível, o sistema pode seguir nos dois sentidos e, em certos casos, atingir equilíbrio dinâmico; em uma transformação praticamente irreversível, o retorno não ocorre espontaneamente nas condições consideradas. É importante diferenciar mudança física, como derreter e congelar água, de transformação química, como oxidar ferro ou queimar metano. Dissolver cloreto de sódio não significa que o sal foi destruído: evaporar a água permite recuperar cristais. Já a combustão do metano libera energia e forma dióxido de carbono e água, mas isso não basta, por si só, para decidir a reversibilidade; é necessário analisar a espontaneidade e as condições. Em sistemas gasosos, a comparação entre Qp e Kp ajuda a prever o sentido de evolução até o equilíbrio, que envolve reação direta e inversa.

O que ele precisa saber antes

As questões pressupõem conhecimentos de reação química, equação balanceada e identificação de reagentes e produtos. Também ajudam no percurso noções de transformações físicas e químicas, estados físicos, dissolução e dissociação de íons, evaporação e cristalização. Para as questões sobre combustão, é útil retomar a leitura qualitativa de ΔH e ΔG: ΔH negativo indica liberação de calor, enquanto ΔG negativo, nas condições indicadas, aponta espontaneidade no sentido direto. Para os itens de equilíbrio, é necessário conhecer a expressão de Kp, calcular pressões parciais e distinguir constante de equilíbrio, quociente reacional Qp e fração dissociada. Se esses conteúdos ainda não foram trabalhados, posso selecionar primeiro as questões sobre gelo, sal e ferrugem e deixar os cálculos para uma etapa posterior.

Onde os alunos mais erram

Um erro recorrente nas questões sobre combustão é usar a liberação de energia como prova de que a reação é reversível ou, no sentido oposto, dizer que toda reação exotérmica é irreversível. O sinal de ΔH informa sobre calor, mas não determina sozinho se a reação inversa ocorre espontaneamente. Outro ponto de atenção é confundir o desaparecimento visual de um sólido com sua destruição: na dissolução do NaCl, os íons permanecem na solução e podem formar cristais quando a água evapora. Na ferrugem, por outro lado, há formação de óxidos de ferro, uma nova substância. Nas questões de equilíbrio, o risco é tratar a fração dissociada como se fosse Kp ou inverter a comparação entre Qp e Kp. Por fim, um item apresenta alternativas que mencionam combustão, embora o enunciado trate do equilíbrio N₂O₄/NO₂; vale aproveitar isso para exercitar leitura crítica e justificar a resposta a partir dos dados pertinentes do enunciado.

Como trabalhar em sala

• Comece por mudanças observáveis: peça exemplos de derretimento e congelamento da água, dissolução do sal e formação de ferrugem. A turma pode registrar o que mudou e o que permaneceu igual, sem precisar concluir tudo de imediato.
• Use um ciclo simples com sal: dissolva uma pequena quantidade em água e discuta o que significa o sal deixar de ser visível. Se houver condições seguras e supervisão, demonstre a evaporação em procedimento adequado; alternativamente, use imagens ou uma descrição do processo. Retome a diferença entre filtração e evaporação.
• Compare evidências: organize no quadro duas colunas: “retorno ao estado inicial possível nas condições?” e “formação de novas substâncias?”. Classifique gelo, solução de sal, ferrugem e combustão, pedindo justificativas baseadas nos enunciados.
• Faça leitura termoquímica guiada: apresente ΔH e ΔG como informações distintas. Peça que os estudantes expliquem o que cada sinal permite concluir e o que não permite concluir sobre o sentido inverso.
• Resolva equilíbrio passo a passo: escreva a expressão de Kp ou Qp, substitua as pressões e só então compare os valores. Essa rotina ajuda a separar o cálculo da interpretação do sentido da reação.

Questões prontas de Mudanças reversíveis e irreversíveis para a 2ª série do Ensino Médio (com gabarito comentado)

1. Combustão do metano e reversibilidade

Em condições ambientais, uma amostra de metano foi queimada na presença de oxigênio: CH₄(g) + 2 O₂(g) → CO₂(g) + 2 H₂O(g), ΔH° = −890 kJ·mol⁻¹. A chama liberou calor e, depois que o sistema retornou à temperatura ambiente, não se observou regeneração espontânea de metano e oxigênio. Qual conclusão explica adequadamente a reversibilidade da combustão?

• ❌ A) Sim; a reação é reversível, pois os produtos podem regenerar espontaneamente os reagentes. O enunciado informa que não houve essa regeneração nas condições descritas.
• ❌ B) Não; a reação é irreversível porque CO₂ e água deixam de ser substâncias químicas. Eles continuam sendo substâncias; a classificação não se justifica por essa afirmação.
• ❌ C) Sim; o resfriamento favorece a formação dos reagentes. O retorno à temperatura ambiente não produziu regeneração espontânea, segundo o texto.
• ❌ D) Não; toda reação que libera calor não pode ocorrer no sentido inverso. Exotermicidade, indicada por ΔH negativo, não prova por si só irreversibilidade.
• ✅ E) Não; a reação é praticamente irreversível, pois os produtos não se regeneram espontaneamente nas condições ambientais. A reação inversa pode ser representada, mas requer condições e fornecimento de energia apropriados.

Gabarito comentado: E. O dado decisivo é a ausência de retorno espontâneo no contexto descrito. ΔH negativo indica liberação de calor, mas não basta isoladamente para classificar a reversibilidade.

2. Dissolução do cloreto de sódio

O cloreto de sódio sólido foi misturado à água até deixar de ser visível. Depois, a água evaporou e apareceram cristais com o aspecto do sal inicial. Como classificar a dissolução e que procedimento promove o retorno ao estado sólido?

• ✅ A) Reversível: a evaporação da água permite a cristalização e a recuperação do cloreto de sódio sólido. Os íons dissolvidos se reorganizam quando o solvente é retirado.
• ❌ B) Irreversível: a água transforma o NaCl em novas substâncias irrecuperáveis. A dissolução não destrói o sal; a cristalização observada confirma a recuperação.
• ❌ C) Reversível: filtrar a solução recupera o sal sólido. A filtração não retém os íons dissolvidos como faria com partículas insolúveis.
• ❌ D) Reversível: adicionar água reconduz os íons ao sólido. Mais solvente favorece a permanência dos íons em solução, não a cristalização.
• ❌ E) Irreversível: o sal desapareceu porque seus componentes foram destruídos. Deixar de vê-lo não significa que deixou de existir; os íons permanecem na solução.

Gabarito comentado: A. A evaporação retira a água e permite a formação dos cristais de NaCl. O caso permite discutir por que aparência e composição não são a mesma coisa.

3. Recuperação do sal após aquecimento da solução

Uma solução de NaCl foi transferida para uma cápsula e aquecida lentamente. Ao final, formaram-se cristais de cloreto de sódio e a água evaporou; não foram identificadas novas substâncias. Como classificar a dissolução?

• ❌ A) Irreversível, pois separar os íons impede recompor o sólido. A evaporação permite que eles se reorganizem em cristais.
• ✅ B) Reversível, pois evaporar a água permite recuperar NaCl sem formar outra substância. A água muda de estado e os íons formam o sal sólido.
• ❌ C) Reversível, pois a água se converte em NaCl durante a evaporação. A água evapora; não se transforma em cloreto de sódio.
• ❌ D) Reversível, pois o aquecimento transforma o NaCl dissolvido em uma nova substância sólida. Os cristais são o próprio NaCl, não um novo produto.
• ❌ E) Irreversível, pois o NaCl deixa de existir quando seus íons entram na água. Os íons permanecem na solução e podem formar novamente o sólido.

Gabarito comentado: B. A justificativa considera tanto o retorno ao estado sólido quanto a ausência de novas substâncias. É possível pedir que a turma diferencie evaporação da água de decomposição do sal.

4. Ferrugem e derretimento do gelo

Uma palha de aço exposta ao ar úmido formou ferrugem, principalmente óxidos de ferro. Cubos de gelo derreteram à temperatura ambiente e a água voltou a congelar. Considerando que reversível é o retorno ao estado inicial sem formar novas substâncias, classifique (a) 4 Fe(s) + 3 O₂(g) → 2 Fe₂O₃(s) e (b) H₂O(s) → H₂O(l).

• ❌ A) (a) reversível porque a equação tem seta simples; (b) irreversível porque há mudança de estado. A seta, sozinha, não define reversibilidade, e a mudança de estado pode ser desfeita.
• ❌ B) (a) irreversível pela formação de óxido; (b) irreversível porque o gelo deixa de existir. A primeira classificação é adequada, mas a água pode congelar novamente sem formar outra substância.
• ❌ C) (a) reversível porque o óxido pode se decompor; (b) reversível porque a água pode congelar. A decomposição teórica não significa retorno nas condições indicadas; a formação de ferrugem produz nova substância.
• ✅ D) (a) irreversível pela formação de óxido de ferro, uma nova substância; (b) reversível porque a água pode voltar ao estado sólido sem mudar sua composição química.
• ❌ E) (a) irreversível porque o ferro reage com oxigênio; (b) reversível porque gelo e água são substâncias diferentes. Gelo e água são a mesma substância, H₂O, em estados físicos distintos.

Gabarito comentado: D. O contraste está entre a reação química que forma óxido e a mudança de estado da mesma substância. Peça que a justificativa nomeie a evidência usada.

5. Combustão do metano e dados termoquímicos

Em um fogareiro, CH₄(g) + 2 O₂(g) → CO₂(g) + 2 H₂O(l) libera aproximadamente 890 kJ por mol de CH₄. Os dados indicam ΔG° negativo e de grande módulo. Após retirar a ignição, os produtos não voltam espontaneamente aos reagentes. Como classificar a transformação em condições ambientes?

• ❌ A) Reversível, pois a liberação de calor permite que os produtos retornem espontaneamente. Ser exotérmica não significa que a reação inversa seja espontânea.
• ✅ B) Irreversível nas condições ambientes: ΔG° negativo e de grande módulo favorece fortemente a formação dos produtos; a reação inversa exige energia e condições específicas.
• ❌ C) Reversível, pois ΔG° negativo mostra que os produtos voltam espontaneamente. O sinal negativo indica espontaneidade no sentido direto apresentado.
• ❌ D) Irreversível porque toda reação com gases ocorre somente no sentido dos produtos. A presença de gases, sozinha, não determina irreversibilidade.
• ❌ E) Irreversível porque absorve calor e apresenta ΔG° positivo. O enunciado informa liberação de calor e ΔG° negativo, não o contrário.

Gabarito comentado: B. O texto combina a não ocorrência espontânea do sentido inverso com ΔG° negativo para o sentido direto. É importante não confundir a interpretação de ΔH com a de ΔG.

6. Cálculo de Kp para N₂O₄ ⇌ 2 NO₂

Para N₂O₄ ⇌ 2 NO₂, em recipiente fechado a 25 °C, a fração dissociada de N₂O₄ é α = 0,20. Se a pressão inicial total foi 1,00 atm, calcule Kp e classifique a transformação.

• ❌ A) Kp = 1,00 atm; transformação reversível. O valor de Kp não é a pressão total inicial; deve-se usar as pressões parciais de equilíbrio.
• ✅ B) Kp = 0,20 atm; transformação reversível, pois o sistema está em equilíbrio. Com α = 0,20, p(N₂O₄) = 0,80 atm e p(NO₂) = 0,40 atm; Kp = (0,40)²/0,80 = 0,20 atm.
• ❌ C) Kp = 0,20 atm; transformação irreversível. O cálculo está correto, mas o equilíbrio químico corresponde a um processo reversível.
• ❌ D) Kp = 0,10 atm; transformação reversível. A classificação está certa, mas o cálculo da expressão de Kp não resulta nesse valor.
• ❌ E) Kp = 0,40 atm; transformação irreversível. O valor não corresponde à expressão calculada e a presença de equilíbrio indica reversibilidade.

Gabarito comentado: B. Primeiro obtêm-se as pressões parciais com a fração dissociada; depois, aplica-se Kp = p(NO₂)²/p(N₂O₄). A fração dissociada não é a constante.

7. Calcinação do calcário

A calcinação do calcário é representada por CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g). Classifique essa transformação como reversível ou irreversível e justifique.

• ❌ A) A reação é uma fusão entre sólido e gás. O enunciado representa decomposição química do carbonato, não fusão.
• ❌ B) A calcinação é uma reação ácido-base. A equação mostra decomposição térmica, não uma reação ácido-base.
• ✅ C) Irreversível: a decomposição térmica forma CaO e CO₂, e a recomposição não ocorre espontaneamente nas condições de calcinação. O retorno requer condições específicas.
• ❌ D) A reação é reversível apenas a altas pressões. A pressão pode influenciar sistemas, mas essa afirmação isolada não classifica o processo nem responde às condições do enunciado.
• ❌ E) O CO₂ produzido pode ser facilmente convertido de volta em calcário. A recomposição exige condições específicas e não ocorre espontaneamente durante a calcinação.

Gabarito comentado: C. A transformação produz novas substâncias por decomposição térmica. O critério relevante é a ausência de recomposição espontânea nas condições descritas, não a possibilidade abstrata de escrever o sentido inverso.

8. Comparação entre Qp e Kp

No equilíbrio gasoso N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g), a 298 K, Kp = 0,80. Inicialmente, p(N₂O₄) = 0,60 atm e p(NO₂) = 0,40 atm. Calcule Qp e indique em que direção o sistema evoluirá para atingir o equilíbrio.

• ❌ A) A reação é reversível porque os produtos podem ser reutilizados em novas reações. Isso não calcula Qp nem indica a direção de evolução deste sistema.
• ❌ B) Kp é negativo, sinalizando direção oposta. Kp não é negativo; além disso, o dado fornecido é Kp = 0,80.
• ❌ C) É endotérmica e, por isso, reversível em temperatura ambiente. A alternativa não responde ao cálculo solicitado; reversibilidade não se conclui apenas por essa afirmação.
• ✅ D) Qp = 0,267; a reação se desloca para a direita, formando NO₂. Qp = (0,40)²/0,60 = 0,267. Como Qp < Kp, o sistema evolui no sentido dos produtos.
• ❌ E) Os produtos da combustão são menos estáveis que os reagentes, permitindo reversibilidade. A alternativa trata de combustão, assunto que não corresponde à equação N₂O₄/NO₂ do enunciado.

Gabarito comentado: D. O quociente calculado é menor que a constante, então a reação avança para a direita até atingir o equilíbrio. Note que algumas alternativas mencionam combustão, mas os dados relevantes aqui são as pressões de N₂O₄ e NO₂ e os valores de Qp e Kp.

Fechamento: próximos passos

Depois de aplicar as questões, retome os itens em que a justificativa não acompanhou a resposta: eles mostram se a dificuldade está na leitura das condições, na diferença entre mudança física e química ou nos cálculos de equilíbrio. Você também pode consultar mais questões da habilidade EM13CNT101 e montar uma avaliação adequada ao que já foi trabalhado. Para organizar outras atividades, acesse o gerador de provas do GeraProva ou faça seu cadastro grátis.

Use as questões como ponto de partida e ajuste a seleção ao percurso da sua turma. No GeraProva, você pode gerar provas com IA e revisar os itens antes de aplicar.