Exercícios sobre Termoquímica- Energia de ligação

Transcrição

1 Exercícios sobre Termoquímica- Energia de ligação 01. (esgranrio) Sendo dadas as seguintes entalpias de reação: s g Δ 70,9 kcal /mol g 4 g Δ 08,4 kcal /mol s g g Δ 7,9 kcal / mol, 4 indique a opção que apresenta a energia de ligação, aproximada: a) 5 kcal/mol b) 0 kcal/mol c) 50 kcal/mol d) 100 kcal/mol e) 400 kcal/mol 0. (Mackenzie) Dadas as energias de ligação em kcal/mol, : 104,0; Br Br : 45,0; Br : 87,0 ; o da reação ½ + ½Br Br é igual a: a) + 6,0 kcal. b) + 149,0 kcal. c) - 1,5 kcal. d) - 36,0 kcal. e) - 161,5 kcal. 03. (Mackenzie) O gás propano é um dos integrantes do GLP (gás liquefeito de petróleo) e, desta forma, é um gás altamente inflamável. Abaixo está representada a equação química não balanceada de combustão completa do gás propano. 38(g) O(g) O(g) O(v) Na tabela, são fornecidos os valores das energias de ligação, todos nas mesmas condições de pressão e temperatura da combustão. Energia de Ligação Ligação (kj.mol -1 ) 413 O = O 498 = O O 46 Assim, a variação de entalpia da reação de combustão de um mol de gás propano será igual a a) 1670 kj. b) 6490 kj. c) kj. d) 4160 kj. e) kj. 04. (FUVEST) Pode-se conceituar energia de ligação química como sendo a variação de entalpia () que ocorre na quebra de 1 mol de uma dada ligação. Assim, na reação representada pela equação: N g N g 3 g ; Δ = kj /mol N 3 3 são quebrados 3 mols de ligação N, sendo, portanto, a energia de ligação N igual a 390 kj/mol. 1

2 Sabendo-se que na decomposição: N 4(g) N(g) + 4(g); = 170 kj/mol N 4 são quebrados ligações N N e N, qual o valor, em kj/mol, da energia de ligação N N? a) 80 b) 160 c) 344 d) 550 e) (Mackenzie) A variação de entalpia para a reação, dada pela equação 4 g O g O g l g, é: Dados: (Energia de ligação em kcal/mol) : 103,1; O: 110,6; O=O: 119,1; : 57,9. a) , kcal b) - 467,4 kcal c) -6,7 kcal d) +911,8 kcal e) -114,8 kcal 06. (Mackenzie) 4(g) (g) + 4(g); = + 54 kcal/mol. Na reação representada pela equação anterior, sabe-se que a energia da ligação é igual a 98,8 kcal /mol. O valor da energia de ligação =, em kcal/mol, é: a) 443, b) 146,8 c) 344,4 d) 73,4 e) 93,6 07. (Mackenzie) λ Na halogenação total do cloreto de metila dada anteriormente, a variação de entalpia da reação, em kcal/mol, é: Obs.: Energia de ligação (kcal/mol) = 99; = 58; l = 103; = 81. a) 103 b) 43 c) + 54 d) 81 e) (Mackenzie) 3 3 Br 3 Br Br Na monobromação do etano, a energia liberada na reação é: λ Dados: energia de ligação em kcal/mol (5 ): Br = 68; = 99; Br Br = 46; Br = 87. a) 31 kcal/mol b) kcal/mol c) 41 kcal/mol d) 0 kcal/mol e) 10 kcal/mol

3 09. (UFMG) Metano, o principal componente do gás natural, é um importante combustível industrial. A equação balanceada de sua combustão está representada na figura adiante. (g) + O=O (g) O O (g) + O (g) onsideram-se, ainda, as seguintes energias de ligação, em kjmol -1 : E( ) = 416; E(=O) = 805; E(O=O) = 498; E(O ) = 464. Utilizando-se os dados anteriores, pode-se estimar que a entalpia de combustão do metano, em kj.mol -1, é: a) 660 b) 806 c) 1 d) 1 e) (UFRS) Os valores de energia de ligação entre alguns átomos são fornecidos no quadro abaixo. onsiderando a reação representada por 4(g) + O (g) O (g) + O(v) o valor aproximado de, em kj, é de: Ligação Energia de ligação (kj/mol) 413 O = O 494 = O 804 O 463 a) 80 b) 360 c) d) e) (FGV) Na tabela são dadas as energias de ligação (kj/mol) a 5 para algumas ligações simples, para moléculas diatômicas entre e os halogênios (X). F Br I F Br I 151 O cloreto de hidrogênio é um gás que, quando borbulhado em água, resulta numa solução de ácido clorídrico. Esse composto é um dos ácidos mais utilizados nas indústrias e laboratórios químicos. A energia para formação de mol de cloreto de hidrogênio, em kj, a partir de seus elementos é igual a a) b) c) d) e)

4 1. (PUSP) Dado: Energia de ligação 413 kj.mol kj.mol kj.mol -1 A reação de hidrogenação do etileno ocorre com aquecimento, na presença de níquel em pó como catalisador. A equação termoquímica que representa o processo é 4(g) (g) 6(g) 0 Δ 37 kj mol A partir dessas informações, pode-se deduzir que a energia de ligação da dupla ligação que ocorre entre os átomos de no etileno é igual a a) 186 kj mol. b) 599 kj mol. c) 69 kj mol. d) 736 kj mol. 13. (UERJ) O formol, uma solução de metanal, frequentemente utilizado em cosméticos, vem sendo substituído pelo ácido glioxílico. No entanto, a decomposição térmica desse ácido também acarreta a formação de metanal, de acordo com a seguinte equação: O O O O ácido glioxílico Δ metanal + O Veja, abaixo, as energias das ligações nas moléculas participantes da reação: Ligação Energia de ligação (kj mol ) 348 = O O 357 O 46 onsidere a decomposição de 1 L de uma solução aquosa de ácido glioxílico, na concentração de 0,005 mol L. Assumindo que todo o ácido glioxílico foi decomposto, calcule, em quilojoules, a energia absorvida nesse processo. Aponte, ainda, o número de oxidação do carbono na molécula de metanal. 14. (ESPEX (AMAN)) Quantidades enormes de energia podem ser armazenadas em ligações químicas e a quantidade empírica estimada de energia produzida numa reação pode ser calculada a partir das energias de ligação das espécies envolvidas. Talvez a ilustração mais próxima deste conceito no cotidiano seja a utilização de combustíveis em veículos automotivos. No Brasil alguns veículos utilizam como combustível o Álcool Etílico idratado ombustível, conhecido pela sigla AE (atualmente denominado comercialmente apenas por ETANOL). 4

5 onsiderando um veículo movido a AE, com um tanque de capacidade de 40 L completamente cheio, além dos dados de energia de ligação química fornecidos e admitindo-se rendimento 3 energético da reação de 100 %, densidade do AE de 0,80 g /cm e que o AE é composto, em massa, por 96 % da substância etanol e 4 % de água, a quantidade aproximada de calor liberada pela combustão completa do combustível deste veículo será de Dados: massas atômicas: 1 u ; O 16 u ; 1 u. 5 a),110 kj 3 b) 3,45 0 kj 5 c) 8,38 0 kj 4 d) 4,110 kj 4 e) 0,99 0 kj Tipo de ligação Energia de ligação (kj mol ) Tipo de ligação Energia de ligação (kj mol ) 348 O O = O 495 = O 799 O (FUVEST) Sob certas condições, tanto o gás flúor quanto o gás cloro podem reagir com hidrogênio gasoso, formando, respectivamente, os haletos de hidrogênio F e, gasosos. Podese estimar a variação de entalpia ( Δ ) de cada uma dessas reações, utilizando-se dados de energia de ligação. A tabela apresenta os valores de energia de ligação dos reagentes e produtos dessas reações a 5 o e 1 atm. Molécula F F Energia de ligação (kj/mol) om base nesses dados, um estudante calculou a variação de entalpia ( Δ ) de cada uma das reações e concluiu, corretamente, que, nas condições empregadas, a) a formação de F (g) é a reação que libera mais energia. b) ambas as reações são endotérmicas. c) apenas a formação de (g) é endotérmica. d) ambas as reações têm o mesmo valor de Δ. e) apenas a formação de (g) é exotérmica. 16. (Unigranrio - Medicina) álculos de entalpias reacionais são em alguns casos efetuados por meio das energias de ligação das moléculas envolvidas, onde o saldo de energias de ligação rompidas e refeitas é considerado nesse procedimento. Alguns valores de energia de ligação entre alguns átomos são fornecidos no quadro abaixo: Energia de Ligação ligação (kj/mol) 413 O = O 494 = O 804 O 463 5

6 onsidere a reação de combustão completa do metano representada na reação abaixo: 4(g) O(g) O(g) O(v) A entalpia reacional, em kj/mol, para a combustão de um mol de metano segundo a reação será de: a) -80 b) -360 c) +106 d) +360 e) (UFSM) Uma alimentação saudável, com muitas frutas, traz incontáveis benefícios à saúde e ao bem-estar. ontudo, a ingestão de fruta verde deixa um sabor adstringente na boca. Por isso, o gás eteno é utilizado para acelerar o amadurecimento das frutas, como a banana. Industrialmente, o eteno é obtido pela desidrogenação do etano, em altas temperaturas (500 O ) e na presença de um catalisador (óxido de vanádio), conforme mostrado na reação a seguir + D = + 14 kj mol -1 Energia de ligação kj mol Ligação Energia = 61 O valor absoluto da energia de ligação em kj mol, a) 14. b) 436. c) 684. d) 87. e) é, aproximadamente, 18. (UNIAMP) A Lei Periódica observada por Mendeleyev permitiu prever propriedades macroscópicas de elementos e de compostos desconhecidos. Mais tarde verificou-se que propriedades como comprimento e entalpia de ligações covalentes também são propriedades relacionadas com a periodicidade. A seguir estão, parcialmente tabelados, os comprimentos e as energias de ligações das moléculas dos haletos de hidrogênio: aleto de hidrogênio omprimento da ligação em pm (picômetros) F 9 Entalpia de ligação em kj/mol Br 141 I om base nos valores tabelados estime as energias de ligação do F e do Br mostrados claramente como você percebeu. 6

7 19. (FUVEST) A e B são compostos de mesma fórmula molecular 6O, sendo um deles o álcool etílico e o outro o éter dimetílico. Utilizando os valores de energia de ligação, identifique A e B, explicando o raciocínio usado. Ligação Energia média de ligação (kj/mol) O O 360 alor de combustão no estado gasoso: A: kj/mol B: kj/mol 0. (FUVEST) As energias das ligações e são praticamente iguais. Na reação representada a seguir há transformação de em com liberação de energia: energia ompare, em vista desse fato, a energia da ligação com as outras citadas. 1. (UFV) O flúor (F ) e o hidrogênio ( ) são gases à temperatura ambiente e reagem explosivamente, produzindo o gás fluoreto de hidrogênio, liberando 537 kj.mol -1 de energia. a) Escreva a equação balanceada para esta reação. b) A energia da ligação F F é igual a 158 kj.mol -1 e a da ligação é 43 kj.mol -1. A energia de ligação F é kj.mol -1. c) A reação entre 0,1mol de F e 0,1 mol de liberará kj.. (Unicamp) Por "energia de ligação" entende-se a variação de entalpia () necessária para quebrar um mol de uma dada ligação. Este processo é sempre endotérmico ( > 0). Assim, no processo representado pela equação 4(g) (g) + 4(g); = kj/mol, são quebrados 4 mols de ligações, sendo a energia de ligação, portanto, 416 kj/mol. Sabendo-se que no processo g g 6 g ; Δ.86 kj/mol 6 são quebradas ligações e, qual o valor da energia de ligação? Indique os cálculos com clareza. 3. (FUVEST) O ácido nítrico é um importante produto industrial. Um dos processos de obtenção é fazer passar amônia (N 3) e ar, sob pressão, por um catalisador a cerca de 850, ocorrendo a formação de monóxido de nitrogênio e água. O monóxido de nitrogênio em presença do oxigênio do ar se transforma no dióxido, que em água forma ácido nítrico (NO 3) e monóxido de nitrogênio (que é reciclado no processo). a) Escreva as equações balanceadas que representam as diferentes etapas da produção de ácido nítrico através desse processo. b) O calor envolvido na primeira etapa, ou seja, a oxidação da amônia até o monóxido de nitrogênio, ajuda a manter o catalisador aquecido. Sendo assim, qual deve ser maior: a soma das energias de ligação dos reagentes ou a soma das energias de ligação dos produtos? Justifique. 7

8 Respostas 01. D Alternativa A 1 5O 3O 4 O 3 8(g) (g) (g) (v) 38 ( ); 8( ) kj Quebra (processo endotérmico) O 5 (O O) kj 490 kj O 3 ( O) 3 ( 744) 4464 kj Formação (processo exotérmi co) O 4 ( O) 4 ( 46) 3696 kj Δ kj 04. B B 07. D 08. E 09. B 10. A Alternativa B : 4 ( ) ( ) 4 : : 6 ( ) ( ) 6 0 4(g) (g) 6(g) Δ 37 kj mol 4 () () 6 () () 4(g) (g) 6(g) Δ 37 kj mol 4 ( 413 kj) () 436 kj 6 ( 413 kj) ( 346 kj) 37 kj [4 ( 413 kj) ( ) 436 kj] [6 ( 413 kj) ( 346 kj)] ( ) ( ) kj ( ) 599 kj mol onsiderando a decomposição de 1 L de uma solução aquosa de ácido glioxílico, na concentração de 0,005 mol L, tem-se 0,005 mol de ácido. Então, Δ [( 744) ( 744) ( 413)] kj Δ 0 kj 10 kj 1 mol de ácido E 0,005 mol de ácido E 0,05 kj Energia absorvida no processo 0,05 kj. 8

9 14. Alternativa d 0,80 g /cm 800 g /L 1 L 800 g 40L m m g g 100 % m n m e tan ol e tan ol e tan ol 3 96 % g ,86 mols 46 1 mol (e tan ol) 155 kj liberados 667,86 mols E 5 E 8,38 0 kj liberados 15. Alternativa A Equacionando-se as reações a partir da tabela, vem: kj (g) (g) (g) (g) F 1 F 60 kj (g) 1 45 kj (g) 1 F 1 F 570 kj (g) (g) (g) kj (g) (g) (g) kj (g) (g) 1 (g) 45 kj (g) (g) (g) (g) 430 kj Global (g) (g) (g) kj 45 kj 430 kj Global (g) (g) (g) 1 80 kj Δ 80 kj (reação exotérmica) onclusão: a formação de F libera mais energia do que a formação de. 9

10 16. Alternativa A 1 O 1 O O 4(g) (g) (g) (v) 4 ( ) (O O) ( O) ( O ) Δ 4 ( 413 kj) ( 494 kj) ( 804 kj) 4 ( 463 kj) Rompimento de ligações Δ 640 kj 3460 kj Δ 80 kj mol Formação de ligações 17. Alternativa B A partir da análise das energias de ligação, teremos: + D = + 14 kj mol -1 Δ [6( ) ( )] [4( ) ( ) ( )] Δ ( ) ( ) ( ) ( ) 4 (41) (348) (61) ( ) ( ) 4 (41) (348) (61) ( ) 436 kj/mol 18. A partir da tabela fornecida, fazendo-se a média aritmética adequada, vem: aleto de hidrogênio omprimento da ligação em pm (picômetros) F 9 Entalpia de ligação em kj/mol Br 141 I E ligação Br E ligação Br Eligação Eligação I kj /mol Eligação F E Eligação Eligação F E ligação F E ligação F 497 kj /mol ligação Br 10

11 19. álculo das entalpias de formação dos isômeros de fórmula molecular 6O: Álcool (etanol): O ligação álcool 5 ( ) ( ) ( O) (O ligação álcool ligação álcool 3.49 kj ) Éter (dimetil-éter): O ligação éter 6 ( ) ( ligação éter ligação éter 3.10 kj O) 16O 3O O 3O Δ ligação dos reagentes 0 ligação dos produtos 0 Δ ligação álcool ligação dos reagentes ligação dos produtos Quanto menor o valor de, menor o valor do Δ. ligação éter A B éter ligação dos reagentes 3.49 kj 3.10 kj 3.49 kj 3.10 kj Δ.410 kj Álcool (A) Δ.454 kj Éter (B) 0. Teremos: absorção absorção liberação liberação de energia de energia de energia de energia X Y X X álcool Δ X Y X Δ 0 (reação exotérmica) Logo, Y X 0 Y X. onclusões : Energia de ligação Energia de ligação. Energia de ligação Energia de ligação. 11

12 1. a) Equação balanceada da reação: F F 537 kj (g) (g) (g) ou F F Δ 537 kj / mol de F e (g) (g) (g) b) Teremos: F F Eligação 58 kj F Δ 537 kj / mol de F e Eligação 43 kj Δ x x x x 563,5 E F c) Teremos: 563,5 kj/ mol Eformação de ligação x 1F F Δ 537 kj / mol de F e (g) (g) (g) 1 mol 1mol 537 kj liberados 0,1 mol 0,1mol 53,7 kj liberados Liberará 53,7 kj.. Teremos: 4 Δ kj/mol 4(g) (g) (g) 4 ( ) kj ( kj ) 4 ( ) 415,75 kj ( 6 ) 6 ; Δ.86 kj /mol 6(g) (g) (g) ( ) 6 ( ).86 kj ( ) 6 415,75 kj.86 kj ( ) 331,5 kj E ligalção 331,5 kj /mol 3. a) Equações balanceadas envolvidas na produção do ácido nítrico: ar; pressão 4N g 5O g 4NO g 6 O v 3 o catalisador; 850 ar NO g O g NO g 3NO g O v NO ( ) NO g 3 1

13 b) De acordo com o enunciado da questão, o calor envolvido na primeira etapa do processo (oxidação a amônia até o monóxido de nitrogênio) ajuda a manter o catalisador aquecido, ou seja, libera calor (etapa exotérmica). ar; pressão 4N g 5O g 4NO g 6 O v Δ 0 3 o catalisador; 850 ΔR quebra de ligações 0 ΔP formação de ligações 0 nos reagentes nos produtos Δ Δ R Δ P 0 Δ P 0 0 ΔR onclusão: a soma das energias de ligação dos produtos tem que ser maior do que a soma das energias de ligação dos reagentes. 13