1
Prof. Rodolfo
AULA 01 – TERMOQUÍMICA – SÉRIE AULA 1. (UFES/2010/2ªFase) A equação abaixo representa um grande problema causado pela poluição
atmosférica: a desintegração lenta e gradual que ocorre nas estátuas e monumentos de mármore (CaCO3), exercida pelo ácido sulfúrico formado pela interação entre SO2, o oxigênio do ar e a umidade.
CaCO3(s) + H2SO4(aq) CaSO4(s) + H2O(l) + CO2(g)
635,5-393,5-286-1434,5-813,8-1207-
atm) 1 e Co25 (kJ/mol, formação de Calor
CaOCOOHCaSOSOHCaCO 224423
De acordo com os dados acima,
a) determine a variação de entalpia da reação entre o ácido e o calcário (CaCO3); b) escreva a equação da reação de decomposição do carbonato de cálcio (CaCO3); c) determine a entalpia de decomposição do carbonato de cálcio (CaCO3); d) calcule a quantidade máxima de gesso (CaSO4) que pode ser formada pela reação de 44,8 litros de
SO2(g) lançado na atmosfera, nas CNTP. Gabarito
a) H = –93,2 kJ/mol
b) CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)
c) H = 178 kJ/mol d) 272,0 g de CaSO4 (gesso) 2. (UFMG/2010/2ªFase) Em um experimento, utilizando-se um frasco aberto, que contém 3,27 g de zinco
metálico em pó, são acrescentados, com agitação, 100 mL de uma solução de ácido clorídrico aquoso, HCl (aq), na concentração de 1,10 mol/L.
1. ESCREVA a equação balanceada que representa a reação de ácido clorídrico com zinco metálico. 2. Assinalando com um X a quadrícula apropriada, INDIQUE se, nesse experimento, reagentes e produtos
atingem o estado de equilíbrio. No experimento descrito, reagentes e produtos
atingem o equilíbrio. não atingem o equilíbrio.
Justificativa:
3. Neste quadro, estão indicados os valores de Hө de formação de algumas espécies envolvidas
nessa reação:
0)aq(H
167)aq(Cl
154)aq(Zn
mol) / kJ ( / formação de HEspécie2
Considerando esses valores, CALCULE o Hө da reação indicada no item 1, desta questão.
4. O frasco em que ocorre essa reação é termicamente isolado e encontra-se, assim como os reagentes,
a 25oC.
Considere que, para aumentar a temperatura da mistura reacional em 1oC, são necessários,
aproximadamente, 0,42 kJ e que é desprezível a absorção de energia pelo gás que escapa nesse processo. Tendo em vista essas informações, CALCULE a temperatura final dessa mistura reacional. (Deixe seus cálculos indicados, explicitando, assim, seu raciocínio.)
QUÍMICA
2
Gabarito: 1.
Zn(s) + 2HCℓ(aq) ZnCℓ2(aq) +H2(g) 2. No experimento descrito, reagentes e produtos não atingem o equilíbrio. Um dos produtos da reação é o H2(g). Como o sistema está aberto, ao ser produzido, esse gás escapa para a atmosfera, o que impossibilita a reversibilidade do processo. Logo, o equilíbrio não será estabelecido. 3.
H = 154 kJ/mol 4. Cálculo da quantidade de matéria de Zn(s): Massa molar: 65,4g/mol massa: 3,27g
mol 05,0ng/mol 65,4
g 3,27
MM
mn ZnZn
Cálculo da quantidade de matéria de HCℓ(aq): Concentração da solução : 1,10 Ml Volume da solução: 100ml
CV
n nHCl = 1,10 mol/L 0,1 L nHCl = 0,11mol
Como a relação estequiométria entre o zinco metálico e o ácido cloridrico é de 1: 2, conclui-se que o zinco é o reagente limitante.
Cálculo da quantidade de energia liberada no processo:
1 mol Znlibera
154 kJ
0,05 mol Znlibera
x
x = 7,7 kJ
Cálculo da variação de temperatura :
0,42 kJ aumenta
1°C
7,7 kJ aumenta
y
y = 18,3 °C
Cálculo da temperatura final: Tf = 25°C + 18,3°C Tf = 43,3°C
5. (PUC RJ/2011) Combustível é todo produto utilizado com a finalidade de produzir energia a partir de sua
queima ou combustão. O etanol (C2H5OH) é um combustível que, quando injetado nas câmaras de combustão dos veículos, reage com oxigênio e libera energia. A quantidade de calor liberada pela combustão completa de 1 mol de etanol é 295 kcal.
a) Escreva a reação balanceada de combustão completa do etanol (reação do etanol com o O2). b) Calcule a energia produzida, na forma de calor, pela combustão de 1 kg de etanol. c) Calcule a massa de CO2 produzida pela combustão completa de 46 g de etanol. Gabarito:
a) C2H5OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O b) calor liberado igual a 6400 kJ ou calor igual a –6400 kJ. c) 88 g de CO2.
3
6. (UFC CE/2010/2ªFase) A reação de fotossíntese é 6CO2(g) + 6H2O(l) C6H12O6(s) + 6O2(g). Estima-
se que, em uma floresta tropical, cerca de 34.000 kJ m-2
de energia solar são armazenados pelas plantas para realização da fotossíntese durante o período de um ano. A partir dos valores de entalpia padrão de formação fornecidos abaixo, calcule:
0(g)O
275.1(s)OHC
286O(l)H
394(g)CO
)(kJmol formação
de padrão EntapiaSubstância
2
6126
2
2
1-
a) a massa de CO2 que será retirada da atmosfera por m2 de floresta tropical durante o período de um ano.
b) a massa de O2 que será adicionada à atmosfera por m2 de floresta tropical durante o período de um ano.
Gabarito: a) 3200 g m
-2
b) 2327 g m-2
7. (UFRN/2010) A civilização moderna consome muita energia. Uma grande quantidade dessa energia é
produzida pela queima de derivados do petróleo, como a gasolina, da qual um dos compostos fundamentais é o octano (C8H18). A seguir, representa-se a equação ajustada da combustão completa do octano, a 298 K e 1 atm:
C8H18(l) + 25/2 O2(g) 8 CO2(g) + 9H2O(l)
a) Se )(Re)(PrRe agod of
ofação
, calcule a variação de entalpia para a combustão de um mol de
octano, de acordo com os dados da tabela abaixo.
of
8 18
2
2
Dados a 298K e 1 atm
Substância ΔH kJ/mol
C H ( ) 5110,0
CO (g) 394,0
H O( ) 286,0
b) Uma alternativa para diminuir o impacto poluente do CO2(g) produzido pela combustão da gasolina, é o uso de etanol (C2H5OH). Escreva a equação da combustão completa do etanol e explique, considerando o impacto do CO2(g), por que ele é menos poluente que a gasolina.
Gabarito: a) - 616 kJ
b) 1 C2H5OH(l) + 3 O2(g) 2 CO2(g) + 3 H2O(v)
A combustão do etanol produz menor impacto ambiental por se tratar de um combustível renovável.
SÉRIE CASA 1. (UNICAMP SP/2009) O nadador Michael Phelps surgiu na Olimpíada de Beijing como um verdadeiro
fenômeno, tanto pelo seu desempenho quanto pelo seu consumo alimentar. Divulgou-se que ele ingere uma quantidade diária de alimentos capaz de lhe oferecer uma energia de 50 MJ. Quanto disto é assimilado, ou não, é uma incógnita. Só no almoço, ele ingere um pacote de macarrão de 500 gramas, além de acompanhamentos.
a) Suponha que o macarrão seja constituído essencialmente de glicose (C6H12O6), e que, no metabolismo, toda essa glicose seja transformada em dióxido de carbono e água. Considerando-se apenas o metabolismo do macarrão diário, qual é a contribuição do nadador para o efeito estufa, em gramas de dióxido de carbono?
b) Qual é a quantidade de energia, em kJ, associada à combustão completa e total do macarrão (glicose) ingerido diariamente pelo nadador? Dados de entalpia de formação em kJ mol
-1: glicose= -1.274, água= -242, dióxido de carbono = -394.
Gabarito: a) m = 733 g de CO2 b) E = 7.061 kJ
4
2. (UFU MG/2008/2ªFase) O gás eteno ou etileno (C2H4), além de ser importante insumo na indústria química e de plásticos, é também usado para amadurecer frutas verdes. No estado padrão, a combustão completa desta substância produz dióxido de carbono gasoso e água líquida.
Sobre esse assunto: a) Escreva a equação química balanceada da combustão do eteno. b) Calcule o número de mols de eteno que sofre combustão completa quando se obtém um volume de 98 L
de dióxido de carbono, coletado a 25°C e 1 atm de pressão. Dado: R = 0,082 atm L/mol K.
c) Calcule a entalpia de combustão do eteno. Dados: entalpias de formação em kJ/mol a 25°C: C2H4(g) = +52; CO2(g) = -394 e H2O(l) = -286.
d) Cite dois impactos ambientais causados pela queima do eteno. Gabarito: a) 2 2 2 2 2CH CH 3O 2CO 2 H O
b) moles de eteno = 2 moles moles de eteno = ½ de moles de CO2
c) kJou HC mol/kJ 1412H 42
d) produção de gás carbônico (CO2), efeito estufa, aquecimento/aquecimento global, chuva ácida, poluição atmosférica.
3. (UFJF MG/2010/2ªFase) Com o aumento do preço do barril de petróleo, as fontes alternativas de energia
estão sendo bastante discutidas no mundo. O Brasil apresenta como fonte alternativa de combustível o etanol obtido a partir da cana-de-açúcar. Comparando as reações de combustão do etanol (CH3CH2OH) e da gasolina (C8H18), responda aos itens abaixo. Dados: densidade do etanol é 0,80 g/mL e da gasolina é 0,75 g/mL
C2H5OH (l) + 3 O2 (g) 2 CO2 (g) + 3 H2O (l) H = –7,00 cal/g
C8H18 (l) + 25/2 O2 (g) 8 CO2 (g) + 9 H2O (l) H = –10,0 cal/g
a) Com base nas reações acima, qual seria a vantagem ambiental em utilizar-se o etanol em substituição à gasolina?
b) Sabendo-se que a gasolina no Brasil contém cerca de 20% v/v em álcool, qual seria o volume de CO2 liberado por 1 litro dessa gasolina? Considere as condições normais de temperatura e pressão (CNTP).
c) Calcule a quantidade de energia liberada, em kcal, quando 1,00 litro de cada combustível é queimado. d) Sabe-se que, se o preço do litro do álcool combustível for menor do que 70% do valor do litro da
gasolina, é mais econômico utilizar etanol em carros bicombustíveis (carros flex). Justifique essa afirmação com base na termoquímica das reações de combustão.
Gabarito: a) A combustão do etanol libera menor quantidade de CO2 (gás carbônico), diminuindo o impacto no efeito
estufa. b) O volume de CO2 é igual a 155,8 + 943,2 = 1099L
c) Etanol: H = – 5,6kcal.
Gasolina: H = – 7,5kcal. d) 1L de etanol libera 5,6kcal e 1L de gasolina libera 7,5 kcal, logo, a produção de energia por litro de
combustível é 75% menor no etanol do que na gasolina. Assim, o uso do etanol é mais econômico se o litro tiver um custo menor do que 70% do litro da gasolina.
4. (UFOP MG/2008/2ªFase) Desde sua introdução no mercado automobilístico, a produção dos carros do
tipo ―bicombustível‖ tem crescido de forma significativa. Esses automóveis podem ser abastecidos com álcool, com gasolina ou com uma mistura desses dois combustíveis em qualquer proporção. A tabela abaixo fornece o preço (R$/L), a densidade (g/mL) e o calor de combustão (kcal/g) para cada um desses combustíveis.
cCombustível Preço (R$/L) d (g/mL) H (kcal/mol)
Álcool (etanol) 1,50 0,7774 4,50
Gasolina (octano) 2,50 0,7125 11,5
Δ
a) Em uma viagem de Belo Horizonte a Ouro Preto, um motorista abasteceu seu veículo com uma mistura contendo 40% de etanol e gastou 8,5 L no percurso. Calcule a energia produzida pelo combustível no trajeto.
b) Escreva as equações balanceadas para as reações de combustão do etanol e do octano. c) Calcule o volume de CO2, nas CNTP, que é consumido a partir de R$ 40,00 do octano. d) Identifique qual dos dois combustíveis contribui menos para o aumento do efeito estufa. Justifique.
5
Gabarito: a) 0,625 kcal
b) mol/kcal5,4H OH3CO2
O3OHHC1
22
252
mol/kcal5,11H OH9CO8
OHC1
22
22
25188
c) 17,92 L d) O etanol, pois para produzir 11,5 kcal/mol são produzidos 5,1mol de CO2, enquanto que o octano produz
8mol de CO2. Um outro fato que deve ser considerado é que o etanol é um combustível renovável, enquanto que o octano não.
TEXTO: 1 - Comum à questão: 05 O lixo doméstico é um dos principais problemas ambientais das grandes cidades. Em algumas delas o lixo reciclável é separado do lixo orgânico em usinas de processamento segundo suas possibilidades de reaproveitamento. O lixo plástico é reduzido a pó e separado segundo as densidades dos seus componentes. Um lixo plástico típico contém polipropileno (PP), polietileno (PE), poliestireno (PS), poli(etilenotereftalato) (PET) e poli(cloreto de vinila) (PVC). As densidades desses polímeros estão indicadas na tabela a seguir.
3
Polímero PP PE PS PET PVC
Densidade (g/cm ) 0,90 0,97 1,10 1,28 1,45
No processo de separação, a mistura de plásticos é colocada no tanque I, que contém água pura, onde os polímeros se separam em duas frações A e B. A fração A é enviada para o tanque II, que contém uma solução aquosa 3,2 molar de 2-propanol. Essa etapa fornece as frações C e D. A fração B que sai do tanque I é enviada para o tanque III, que contém uma solução aquosa 3,0 molar de CsCl. Essa etapa fornece as frações E e F. A figura a seguir apresenta a variação de densidade de cada solução aquosa usada no processo em função da concentração de soluto.
5. (UFRJ/2011) Uma parte do polietileno produzido no processo pode ser queimada para gerar energia na
usina de lixo. Sabendo que a fórmula mínima do polímero é CH2, escreva a equação da reação de combustão completa e calcule o calor (em kJ) gerado pela queima de 140 kg de polietileno. Use as entalpias padrão de formação a seguir.
Gabarito:
CH2 + 3/2 O2 CO2 + H2O
O calor gerado pela queima de 140 kg de PE = –6,5 106 kJ
6
AULA 02 – TERMOQUÍMICA – SÉRIE AULA 1. (UERJ/2011/2ªFase) O metanal é um poluente atmosférico proveniente da queima de combustíveis e de
atividades industriais. No ar, esse poluente é oxidado pelo oxigênio molecular formando ácido metanoico, um poluente secundário. Na tabela abaixo, são apresentadas as energias das ligações envolvidas nesse processo de oxidação.
462H - O
744O C
357O - C
413H - C
498O O
)(kJ.mol
ligação de EnergiaLigação
1-
Em relação ao metanal, determine a variação de entalpia correspondente à sua oxidação, em kJ.mol
–1, e
nomeie sua geometria molecular. Gabarito
H = 2 x 413 + 744 + 2
498 – 413 – 744 – 357 – 462 = –157kJ.mol
–1
Trigonal plana 2. (UERJ/2009/2ªFase) No metabolismo das proteínas dos mamíferos, a ureia, representada pela fórmula
(NH2)2CO, é o principal produto nitrogenado excretado pela urina. O teor de ureia na urina pode ser determinado por um método baseado na hidrólise da ureia, que forma amônia e dióxido de carbono. Na tabela abaixo são apresentadas as energias das ligações envolvidas nessa reação de hidrólise.
A partir da fórmula estrutural da ureia, determine o número de oxidação do seu átomo de carbono e a variação de entalpia correspondente a sua hidrólise, em kJ.mol
–1.
Gabarito: Número de oxidação do carbono = +4
H = –50 kJ mol–1
3. (UFTM MG/2009/2ªFase) Considere as seguintes tabelas, que fornecem, respectivamente, valores de
entalpias padrão de formação e de combustão completa de diversas espécies químicas:
1formação
2
2
2
2
Espécie química H em kJ mol
H (g) zero
H (g) 218
H O (g) 242
CO (g) 394
O (g) zero
O (g) 248
θΔ
1formação
2 5
4
Espécie química H em kJ mol
C H OH (l) 1370
CH (g) 883
θΔ
a) Com base nesses dados, decida qual combustível libera maior quantidade de energia por grama na combustão completa: hidrogênio molecular, metano ou etanol? Justifique.
b) Explique como, a partir de dados constantes dessa tabela, pode ser estimada a entalpia padrão da ligação O–H.
c) Que outros dados, além dos constantes das tabelas, seriam necessários para que a entalpia padrão da ligação C–H pudesse ser estimada?
7
Gabarito: a) H2
2H2(g) + O2(g) 2H2O(g)
H = 2 (–242) = –482 kJ/mol
b)
c) para calcular a entalpia padrão da ligação C – H,
além dos dados da tabela precisamos conhecer: - Entalpia de formação do C (g) - Entalpia de formação do CH4, que pode ser calculada da entalpia de combustão do CH4 e as entalpias de formação de CO2 (g), H2O (g) e O2 (g) fornecidas na tabela.
4. (UNESP SP/2004/Exatas) Entre as formas
alotrópicas de um mesmo elemento, há aquela mais estável e, portanto, menos energética, e também a menos estável, ou mais energética. O gráfico, de
escala arbitrária, representa as entalpias ( H) do diamante e grafite sólidos, e do CO2 e O2 gasosos.
a) Sabendo-se que os valores de H1 e H2 são iguais a –393 e –395 kJ, respectivamente, calcule a entalpia
( H) da reação: C(grafite) C(diamante). Indique se a reação é exotérmica ou endotérmica.
b) Considerando-se a massa molar do C = 12 g/mol, calcule a quantidade de energia, em kJ, necessária para transformar 240 g de C(grafite) em C(diamante).
Gabarito a) + 2kJ, endotérmica b) +40kJ
8
5. (UFU MG/2009/2ªFase) O tetracloreto de carbono (CCl4) – matéria prima dos clorofluorocarbonos (CFC’s) – é uma substância líquida, incolor e com cheiro adocicado característico. Essa substância teve sua produção industrial reduzida, a partir da década de 1980, em função do impacto ambiental causado pelos gases de refrigeração (freons) na camada de ozônio (O3). O tetracloreto de carbono gasoso pode ser produzido pela reação do gás metano (CH4) com o gás cloro (Cl2), na presença de luz. Esse processo, denominado halogenação, é um tipo de reação de substituição em hidrocarbonetos. Considere os dados a seguir e faça o que se pede.
Dados: Valores médios de algumas energias de ligação em kJ/mol, a 25ºC e 1atm
LIGAÇÃO ENERGIA
H H 436
Cl Cl 242
C H 413
H Cl 431
C Cl 327
a) Escreva a fórmula eletrônica de Lewis dos gases: metano, cloro e tetracloreto de carbono. b) Equacione e balanceie a reação entre o gás metano e o gás cloro.
c) Calcule a energia da reação ( H) entre o gás metano e gás cloro. d) Calcule a massa produzida de tetracloreto de carbono quando 0,2 mols de metano reagem
completamente com gás cloro. Gabarito:
a) CH4(g) + 4Cl2(g) CCl4(g) + 4HCl(g)
b) H = Hrompidas + Hformadas
H = 2620 + (–3032)
Hm = –412 kJ/mol Rompidas 4 C–H = 4 x 413 4 mCl–Cl = 4 x 242___
–2620 kJ/mol
Formadas 4 C–Cl = 4 x 327 4 H–Cl = 4 x 431___ –3032 kJ/mol
c) 30,8 g de CCl4 produzido
SÉRIE CASA 1. (UFBA/2007/2ªFase) O nitrogênio é um dos elementos químicos essenciais aos seres vivos. É
encontrado em muitos compostos importantes para a manutenção da vida, como as proteínas, os ácidos nucléicos, as vitaminas e os hormônios. Os animais são incapazes de sintetizar compostos complexos de nitrogênio de que necessitam, a partir de substâncias menos complexas, como fazem as plantas.
9
O nitrogênio é continuamente reciclado na natureza de várias formas como é mostrado, resumidamente, na ilustração. Microorganismos convertem compostos de nitrogênio presentes em dejetos de animais e em plantas e animais mortos, em nitrogênio gasoso, N2(g), o qual retorna à atmosfera. Para que a cadeia alimentar seja mantida, o N2(g) atmosférico é convertido, no solo, por bactérias, em compostos que as plantas podem utilizar — a exemplo da amônia e de íons nitrato — e então incorporá-los. Em razão da estabilidade dessa molécula, que possui energia de ligação elevada, a fixação do nitrogênio no solo ocorre a partir da ação da enzima nitrogenase encontrada em bactérias que vivem nos nódulos das raízes de plantas, como as leguminosas. Essa enzima catalisa a conversão de N2(g) em amônia.
(BROWN e outros, 2005, p. 517).
1
2 2
Entalpia médiaLigação
padrão de ligaçãoquímica
(kJ mol )
N N 941
O O 495
N O 607
N (g) O (g) 2NO(g)
Com base na análise da ilustração, nas informações do texto e da tabela e na equação química representada,
• identifique, considerando a manutenção da cadeia trófica, uma das etapas de oxidação e uma das etapas de redução no ciclo de nitrogênio e explique a ação catalítica da enzima nitrogenase, em termos cinético e de energia, na conversão de nitrogênio gasoso em amônia, no ciclo de nitrogênio;
• determine o valor estimado da variação de entalpia de reação entre o nitrogênio e o oxigênio gasosos. Gabarito:
Uma das etapas de oxidação é )aq(NO)aq(NH 33 e uma das etapas de redução é )aq(NH)g(N 32 .
A enzima nitrogenase diminui a energia de ativação da reação de conversão do N2(g) em NH3, aumentando a velocidade de reação. Valor estimado da variação de entalpia da reação entre o nitrogênio e o oxigênio de acordo com a equação química )g(NO2)g(O)g(N 22 .
Sendo 1H a entalpia de ligações rompidas e 2H a entalpia de ligações formadas, tem-se:
kJ1436kJ495kJ941HHH OONN1
kJ1214kJ607.2H2H ON2
kJ222kJ1214kJ1436Hreação
2. (UFPE/2007) Utilize as energias de ligação da Tabela abaixo para calcular o valor absoluto do H de
formação (em kJ/mol) do cloro-etano a partir de eteno e do HCl.
Energia / Energia /Ligação Ligação
kJ / mol kJ / mol
H H 435 C Cl 339
C C 345 C H 413
C C 609 H Cl 431
Gabarito: 57
10
3. (FUVEST SP/2003/2ªFase) O 2-metilbutano pode ser obtido pela hidrogenação catalítica, em fase gasosa, de qualquer dos seguintes alcenos isoméricos:
2-metil-2-buteno + H2 2-metilbutano H1 = – 113 kJ/mol
2-metil-1-buteno + H2 2-metilbutano H2 = – 119 kJ/mol
3-metil-1-buteno + H2 2-metilbutano H3 = – 127 kJ/mol
a) Complete o esquema a seguir com a fórmula estrutural de cada um dos alcenos que faltam. Além disso,
ao lado de cada seta, coloque o respectivo H de hidrogenação.
Ent
alpia
(H
)
CH3
CH CHCH=CH23
CH3
CH CHCH CH23 3
b) Represente, em uma única equação e usando fórmulas moleculares, as reações de combustão completa dos três alcenos isoméricos.
c) A combustão total de cada um desses alcenos também leva a uma variação negativa de entalpia. Essa variação é igual para esses três alcenos? Explique.
Gabarito:
b) 2C5H10 + 15O2 10CO2 + H2O
c) Observando o gráfico termoquímico dado, conclui-se que os isômeros apresentam diferentes Hf. Então, na combustão, assim como na hidrogenação, os calores de reação serão diferentes.
4. (UFRJ/1993) O diagrama a seguir contém valores das entalpias das diversas etapas de formação do
NaCl(s), a partir do Na(s) e do Cl2(g).
a) Determine, em kcal, a variação de entalpia ( H) da reação: Na(s) + (1/2)Cl2 (g) NaCl(s). b) Explique porque o NaCl é sólido na temperatura ambiente. Gabarito: a) – 98,2kcal b) porque trata-se de um composto iônico.
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TEXTO: 1 - Comum à questão: 05 A redução das concentrações de gases responsáveis pelo efeito estufa constitui o desafio central do trabalho de muitos pesquisadores. Uma das possibilidades para o seqüestro do CO2 atmosférico é sua transformação em outras moléculas. O diagrama a seguir mostra a conversão do gás carbônico em metanol.
5. (UFRJ/2008) a) Indique as etapas endotérmicas e exotérmicas. b) Calcule a variação da entalpia na conversão do CO2 em metanol. Gabarito: a) Etapa endotérmica: II III
Etapas endotérmicas: I II e III IV
b) kJ40H
AULA 03 – TERMOQUÍMICA – SÉRIE AULA 1. (UFTM MG/2008/2ªFase) O ácido nítrico, HNO3, é um dos ácidos mais utilizados na indústria química, e
o primeiro método sintético para sua produção ocorreu na Noruega, em 1903, processo chamado de Birkeland-Eyde, que consistia das seguintes etapas:
I. reação entre os gases nitrogênio e oxigênio, utilizando arco voltaico à temperatura acima de 3 000 ºC,
para obtenção do monóxido de nitrogênio; II. oxidação do monóxido de nitrogênio com oxigênio para obtenção do dióxido de nitrogênio; III. reação do dióxido de nitrogênio com água para obtenção do ácido nítrico e do monóxido de nitrogênio. Esse método é obsoleto, devido ao elevado custo de energia elétrica utilizada. O método atual, método de Ostwald, utiliza a amônia como matéria-prima. O ácido nítrico também pode ser obtido, sob condições adequadas, a partir da reação do pentóxido de dinitrogênio com água:
2 5 2 3N O (g) H O (l) 2 HNO (aq)
Dadas as equações termoquímicas:
2 2 2 3
2 2 2
2 2 2 5
N (g) 3 O (g) H (g) 2 HNO (aq) Hº – 415 kJ
2 H (g) O (g) 2 H O (l) Hº – 572 kJ
2 N (g) 5 O (g) 2 N O (g) Hº 22 kJ
Δ
Δ
Δ
a) Referente ao processo Birkeland-Eyde, escreva a equação química global para a produção do
ácido nítrico. b) Utilizando as equações termoquímicas, calcule a entalpia-padrão da reação de formação do ácido nítrico
a partir da reação do pentóxido de dinitrogênio e água. Gabarito: a) 3222 HNO 2OH 2O 2N
b) mol/kJ 70H
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2. (UEG GO/2006/Janeiro)Nos processos industriais, a termoquímica tem sido muito empregada para o aproveitamento do calor do sistema em trocas térmicas, as quais geram benefícios econômicos para as indústrias. Muitas reações químicas liberam calor, e esse calor pode ser estimado a partir da variação de entalpia de outras reações químicas.
Considerando este assunto e a reação de formação do benzeno (C6H6), responda ao que se pede:
(grafite) 2(g) 6 6( )6 C 3H C H
I. 0 1(grafite) 2(g) 2(g)C O CO H 94,1kcal molΔ
II. 0 12(g) 2(g) 2 ( )H 1/ 2O H O H 68,4kcal molΔ
II.
6 6( ) 2(g)
0 12(g) 2 ( )
C H 15 / 2O
6CO 3H O H 781,0kcal molΔ
a) Calcule a variação de entalpia para a reação de formação do benzeno (C6H6), a partir das demais
reações, cuja variação de entalpia é conhecida. b) Classifique a reação de formação do benzeno em exotérmica ou endotérmica. Gabarito:
a) ΔH 11,3kcal/mol
b) endotérmica, uma vez que a variação de entalpia é positiva. 3. (UERJ/2006/2ªFase) Mudanças de estado físico e reações químicas são transformações que produzem
variações de energia. As equações termoquímicas a seguir exemplificam algumas dessas transformações e suas correspondentes variações de energia ocorridas a 25ºC e 1 atm.
I. )v(2)(2 OHOH 1molkJ 0,44H
II. )v(52)(52 OHHCOHHC 1molkJ 6,42H
III. )(2)g(2)g(2)(52 OH3CO 2O 3OHHC 1molkJ xH
IV. )v(2)g(2)g(2)v(52 OH3CO 2O 3OHHC 1molkJ yH
a) Classifique a equação I quanto ao aspecto termoquímico e identifique o tipo de ligação intermolecular
rompida na transformação exemplificada pela equação II. b) Com base na Lei de Hess, calcule a diferença numérica entre a quantidade de calor liberada pela reação
III e a quantidade de calor liberada pela reação IV. Gabarito: a) endotérmica; ligação de hidrogênio b) x)kJ(89,4ΔH
4. (Unimontes MG/2007/2ªFase) Quando um sistema está em equilíbrio, como em mudança de fase,
praticamente não se cria entropia. A variação de entropia, ºS , é resultado exclusivo da absorção de
calor. Assim, a variação de entropia pode ser calculada pela razão entre a quantidade de calor (q) absorvida e a temperatura absoluta (T) de mudança ou transição de fase, T / q Sº .
O calor de vaporização )Hº( vap do tetracloreto de carbono, CCl4, a 25ºC, é 43,0 x 103 J/mol:
0 34 4 vapCCl (l) CCl (g) H 43,0 10 J / molΔ
Se um mol de tetracloreto de carbono líquido, a 25ºC, tem a entropia 214 J/K, CALCULE:
a) a variação de entropia, ºS , no equilíbrio.
b) a entropia de 1mol de vapor em equilíbrio com o líquido, a 25ºC. Gaarito: a) 144,29 J/K b) 358,29 J/K
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5. (UFSC/1995) A termodinâmica propõe para o cálculo de G a equação G = H - T S, válida para pressão e temperatura constantes.
Em relação ao processo: H2O(l) H2O(v) temos H = 9713 cal/mol (1 atm) e S = 26,04 cal/K. mol (1 atm). Determine a temperatura, em graus Celsius, a partir da qual, a vaporização da água é espontânea nas condições ambientes (K = ºC + 273).Para assinalar no cartão-resposta, divida seu resultado por dois (2).
Gabarito: 50oC
SÉRIE CASA 1. (UFG GO/2011/2ªFase) No Brasil, parte da frota de veículos utiliza etanol obtido da cana-de-açúcar
como combustível em substituição à gasolina. Entretanto, o etanol pode ser obtido de outras formas, como a reação entre água e etileno, representada pela equação química abaixo.
C2H4 (g) + H2O (l) C2H5OH (l)
a) Calcule a variação de entalpia dessa reação a partir das seguintes equações termoquímicas não balanceadas:
C2H4 (g) + O2 (g) CO2 (g) + H2O (l) ∆H = –1.430,0 kJ/mol de C2H4
C2H5OH (l) + O2 (g) CO2 (g) + H2O (l) ∆H = –1.367,1 kJ/mol de C2H5OH
b) Identifique a natureza do processo quanto à variação de entalpia na obtenção do etanol. Gabarito:
a) C2H4 (g) + H2O(l) C2H5OH (l) ∆ = – 62,9 kJ mol–1
b) O processo é exotérmico, pois a entalpia é negativa. 2. (UFG GO/2009/Julho) Uma das técnicas utilizadas na produção do etanal comercial é baseada na
adição de água ao etino. As análises da combustão do etino e do etanal em um calorímetro forneceram valores de entalpias de -1301 e -1167 kJ/mol, respectivamente. Com base nestas informações, determine se a reação de adição de água ao etino é exotérmica ou endotérmica. Demonstre os cálculos realizados para se chegar à conclusão.
Gabarito:
A reação do etino com água é exotérmica. 3. (UFABC SP/2009) Considere as seguintes informações sobre duas variedades alotrópicas do
elemento carbono:
–3
–3
Variedade alotrópica Entalpia de formação Densidade
Carbono diamante 0,45kcal/mol 2,2g cm
Carbono grafita zero 3,5g cm
a) Sendo a entalpia de combustão completa do Carbono diamante igual a –xkcal mol–1
, qual deve ser a entalpia de combustão do carbono grafita? Justifique.
b) Como interpretar, em termos de arranjos atômicos, o fato de a densidade do diamante ser maior do que a do Carbono grafita, uma vez que ambos são formados por átomos de um mesmo elemento químico?
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Gabarito:
a) H1 é a entalpia de combustão completa do carbono grafita. É igual –x + 0,45 kcal
b)
Para massas iguais, o arranjo mais compacto apresentara menor volume, portanto, maior densidade, o que ocorre com o diamante. O examinador trocou as densidades do grafita e do diamante informados na tabela. 4. (UFG GO/1996/2ªFase) Observe os diagramas de energia de duas reações químicas, nas
CNTP, a seguir:
Classifique essas reações de acordo com: a) o calor de reação. Justifique. b) a espontaneidade da reação. Justifique. Gabarito: a) reação I é do tipo endotérmica e reação II é do tipo exotérmica, uma vez que o calor de reação é uma
medida da variação de entalpia do sistema, quando a pressão é mantida constante. b) de acordo com Gibbs uma variação negativa denota uma reação espontânea enquanto que uma
variação positiva denota uma reação não espontânea. Assim, a reação I é espontânea e a reação II é do tipo não espontânea.
5. Na reação de transformação de X em Y os dados termodinâmicos encontram-se na tabela abaixo:
a) O processo é endotérmico ou exotérmico? b) Qual a temperatura de equilíbrio? c) Qual a energia de organização para que o sistema atinja o equilíbrio? Gabarito: a) Exotérmico b) T = 4000 K c) T.∆S = -120 KJ
