Química 2. Módulo 9: Termoquímica ATIVIDADE III

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1 Química Módulo 9: Termoquímica 1. (UNESP/010) A tabela apresenta informações sobre as composições químicas e as entalpias de combustão para três diferentes combustíveis que podem ser utilizados em motores de combustão interna, como o dos automóveis. Combustível H combustão Massas molares Kcal mol 1 g mol 1 gasolina (C 8 H 18 ) 1,5 114,0 etanol (C H 3 OH) 36, 46,0 hidrogênio (H ) 68,3,0 Com base nas informações apresentadas e comparando esses três combustíveis, é correto afirmar que: a) a gasolina é o que apresenta menores impacto ambiental e vantagem energética. b) o álcool é o que apresenta maiores impacto ambiental e vantagem energética. c) o hidrogênio é o que apresenta menor impacto ambiental e maior vantagem energética. d) a gasolina é o que apresenta menor impacto ambiental e maior vantagem energética. e) o álcool é o que apresenta menor impacto ambiental e maior vantagem energética.. (FUVEST) Com a chegada dos carros com motor Flex, que funcionam tanto com álcool quanto com gasolina, é importante comparar o preço do litro de cada um desses combustíveis. Supondo-se que a gasolina seja octano puro e o álcool, etanol anidro, as transformações que produzem energia podem ser representadas por: C 8 H 18(l) C + 9 H kj ATIVIDADE III 3. (UEL/010) Imagine a situação em que você precisou comprar gás GLP (Gás Liquefeito de Petróleo) em uma distribuidora local. O vendedor lhe ofereceu um botijão com 13 kg de butano, alegando que sua capacidade calorífica é maior (900 kj mol 1 ) e que compense o preço 0% mais caro do que o botijão contendo 13 kg de propano, que possui capacidade calorífica de 00 kj mol 1. Dados: Massa molar do propano: 44g/mol Massa molar do butano: 58g/mol. Com base nos conhecimentos químicos, na proposta do vendedor e pensando em uma compra mais vantajosa e/ou econômica, considere F (falso) ou V(verdadeiro) para as afirmativas a seguir em relação às possibilidades mais adequadas. ( ) Comprar o botijão contendo butano, pois há nele 4% mais capacidade calorífica do que no botijão de propano. ( ) Comprar o botijão contendo propano, pois em relação a sua capacidade calorífica, terá custo menor. ( ) Negociar com o vendedor até que ele chegue a um percentual de 15% de acréscimo para o botijão de butano em relação ao botijão de propano, pois essa porcentagem vai ser compensada pela maior capacidade calorífica do butano. ( ) Propor pagar o mesmo valor em qualquer um dos dois botijões, pois ao final eles geram a mesma quantidade de calor. ( ) comprar o botijão contendo propano, por possuir menor massa molar, na mesma massa de 13 kg, proporcionará em comparação com o butano, mais capacidade calorífica. Assinale a alternativa que contém, respectivamente, a sequência correta. a) F, F, V, F e V. d) V, F, V, F e F. b) F, V, F, V e F. e) V, F, F, V e V. c) F, V, V, F e V. C H C + 3 H kj Considere que, para o mesmo percurso, idêntica quantidade de energia seja gerada no motor Flex, quer use gasolina, quer use álcool. Nesse contexto, será indiferente, em termos econômicos, usar álcool ou gasolina se o quociente entre o preço do litro de álcool e do litro de gasolina for igual a: 1 4 a). d). 5 5 b). e) c). 4 MASSA MOLAR (g/mol) DENSIDADE (g/ml) octano 114 0,0 etanol 46 0,80 4. (FUVEST) Nas condições ambiente, ao inspirar, puxamos para nossos pulmões, aproximadamente, 0,5 L de ar, então aquecido da temperatura ambiente (5 C) até a temperatura do corpo (36 C). Fazemos isso cerca de vezes em 4 h. Se, nesse tempo, recebermos, por meio da alimentação, 1,0 10 J de energia, a porcentagem aproximada dessa energia, que será gasta para aquecer o ar inspirado, será de: a) 0,1 %. b) 0,5 %. c) 1 %. d) %. e) 5 %. ar atmosférico nas condições ambiente: densidade = 1, g/l calor específico = 1,0 J g 1 C 1 5. (FUVEST/010) A energia térmica, obtida a partir da conversão de energia solar, pode ser armazenada em grandes recipientes isolados, contendo sais fundidos em altas temperaturas. Para isso, pode-se utilizar o sal nitrato de sódio (NaNO 3 ), aumentando sua temperatura de 300 C para 550 C, fazen- 11 3ª Série do Ensino Médio e Pré-Vestibular

2 do-se assim uma reserva para períodos sem insolação. Essa energia armazenada poderá ser recuperada, com a temperatura do sal retornando a 300 C. Para armazenar a mesma quantidade de energia que seria obtida com a queima de 1 L de gasolina, necessita-se de uma massa de NaNO 3 igual a: a) 4,3 kg. Poder calorífico da b) 10 kg. gasolina = 3,6 10 J/L c) 40 kg. Calor específico do d) kg. NaNO 3 = 1, 10 3 J/kg C e) 3, kg. 6. (VUNESP) O gás butano (C 4 ) é o principal componente do gás de cozinha, o GLP (gás liquefeito de petróleo). A água fervente (H O, com temperatura igual a 100 C, no nível do mar) é utilizada para diversas finalidades: fazer café ou chá, cozinhar, entre outras. Considere que para o aumento de 1 C na temperatura de 1 g de água são necessários 4 J, que esse valor pode ser tomado como constante para a água líquida sob 1 atmosfera de pressão e que a densidade da água a 5 C é aproximadamente igual a 1,0 g ml 1. a) Calcule a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 L de água, no nível do mar de 5 C até o ponto de ebulição. Apresente seus cálculos. b) Dados as entalpias-padrão de formação ( H 0 f ) para o butano gasoso ( 16 kj mol 1 ), para o dióxido de carbono gasoso ( 394 kj mol 1 ), para a água líquida ( 4 kj mol 1 ) e para o oxigênio gasoso (0 kj mol 1 ), escreva a equação química para a combustão do butano e calcule a entalpia-padrão de combustão ( H 0 c ) para esse composto.. (FUVEST/00) Existem vários tipos de carvão mineral, cujas composições podem variar, conforme exemplifica a tabela a seguir. Tipo de carvão umidade (% em massa) material carbono outros volátil* não volátil constituintes** (% em massa) (% em massa) (% em massa) antracito 3,9 4,0 84,0 8,1 betominoso,3 19,6 65,8 1,3 sub-betominoso, 3, 40,3 5,3 lignito 36,8,8 30, 5, * Considere semelhante a composição do material volátil para os quatro tipos de carvão. ** Dentre os outros constituintes, o principal composto é a pirita, Fe + S. a) Qual desses tipos de carvão deve apresentar menor poder calorífico (energia liberada na combustão por unidade de massa de material)? Explique sua resposta. b) Qual desses tipos de carvão deve liberar maior quantidade de gás poluente (sem considerar CO e CO ) por unidade de massa queimada? Justifique sua resposta. c) Escreva a equação química balanceada que representa a formação do gás poluente a que se refere o item b (sem considerar CO e CO ). d) Calcule o calor liberado na combustão completa de 1, kg de antracito (considere apenas a porcentagem de carbono não volátil). Dados: entalpia de formação do dióxido de carbono gasoso kj/mol. massa molar do carbono... 1 g/mol. 8. (UNIFESP) Devido aos atentados terroristas em Nova Iorque, Madri e Londres, os Estados Unidos e países da Europa têm aumentado o controle quanto à venda e produção de compostos explosivos que possam ser usados na confecção de bombas. Dentre os compostos químicos explosivos, a nitroglicerina é um dos mais conhecidos. É um líquido à temperatura ambiente, altamente sensível a qualquer vibração, decompondo-se de acordo com a equação: 1 C 3 H 5 (NO 3 ) 3(l) 3 N (g) C + 5 H O (g) Considerando-se uma amostra de 4,54 g de nitroglicerina, massa molar g/mol, contida em um frasco fechado com volume total de 100,0 ml: a) Calcule a entalpia envolvida na explosão. Dados: SUBSTÂNCIA H FORMAÇÃO (kj/mol) C 3 H 5 (NO 3 ) 3(l) 364 C 394 H O g 4 b) Calcule a pressão máxima no interior do frasco antes de seu rompimento, considerando-se que a temperatura atinge 1 C. Dado: R = 0,08 atm L K 1 mol 1 9. (UNICAMP/008) Se o caso era cozinhar, Rango não tinha problema. Ele preparou a massa do bolo da festa utilizando um fermento químico à base de carbonato ácido (bicarbonato) de sódio. Rango começou bem cedo essa preparação, pois Estrondosa vivia reclamando que depois que o gás passou a ser o gás de rua, parecia que o forno havia ficado mais lento para assar. Perdido nessas maravilhas que rodeavam a atividade na cozinha, Rango se refestelava com os conceitos químicos... a) Antes de usar o fermento, eu coloquei um pouco dele em água e houve um desprendimento de gás. Isso me indicou que o fermento estava adequado para ser utilizado no bolo. Qual a reação que eu acabei de observar? b) Se a reclamação de Estrondosa sobre o gás combustível for verdadeira, o gás liquefeito de petróleo (butano) deve fornecer uma energia maior que o gás de rua (metano), considerando-se uma mesma massa de gás queimado... Será que essa hipótese é verdadeira? Dados: Entalpias de formação em kj mol 1 : butano = 16 metano = 5 gás carbônico = 394 e água = 4 1

3 10. (UNICAMP/01) A questão ambiental relativa ao destino de plásticos utilizados é bastante antiga e algumas propostas têm sido feitas para contornar esse problema. A mais simples é a queima desses resíduos para aproveitamento da energia, e outra é o seu reuso após algum tratamento químico. Para responder aos itens a e b, considere a estrutura abaixo como um fragmento (C 10 H 8 O 4 ) representativo do PET. a) Levando em conta a equação de combustão completa do fragmento do PET, calcule a energia liberada na queima de uma garrafa PET de massa igual a 48 gramas. b) No tratamento químico da embalagem PET com solução de hidróxido de sódio ocorre uma reação de hidrólise que remove uma camada superficial do polímero, e que permite a reutilização da embalagem. Com base nessas informações complete a equação química de hidrólise do fragmento de PET, no espaço de respostas. A partir desses dados, a entalpia de formação do benzeno ( H f ) é: a) 3945 kj mol 1. d) 50 kj mol 1. b) 139 kj mol 1. e) 58 kj mol 1. c) 808 kj mol (PUC) Para determinar a entalpia de formação de algumas substâncias que não podem ser sintetizadas diretamente a partir dos seus elementos constituintes, utiliza-se, muitas vezes, o calor de combustão. H (g) + 1 H H 0 = 90 kj C (s) + C H 0 = 390 kj C 8 H 8(l) C + 4 H H 0 = 4400 kj A partir das reações de combustão do estireno (C 8 H 8 ), do hidrogênio e do carbono nas condições padrão acima, conclui-se que a entalpia de formação do estireno ( H 0 f C 8 H 8 ) é igual a: a) 30 kj/mol. d) 5080 kj/mol. b) 10 kj/mol. e) 8680 kj/mol. c) 00 kj/mol. Dados de entalpia de formação em kj mol 1 : Fragmento = 46 CO = 394 H O = (FAMEMA/010) Utilizando uma bomba calorimétrica é possível determinar o calor de combustão do benzeno, do hidrogênio e do carbono grafite, como ilustram os diagramas a seguir: 13. (VUNESP/00) A glicose, H 1 O 6, um dos carboidratos provenientes da dieta, é a fonte primordial de energia dos organismos vivos. A energia provém da reação com oxigênio molecular, formando dióxido de carbono e água como produtos. Aplicando a Lei de Hess, calcule a entalpia máxima que pode ser obtida pela metabolização de um mol de glicose. Entalpias molares de formação, kj mol 1 : H 1 = 10 C = 400 H = (ITA-SP) Considere as informações contidas nas seguintes equações termoquímicas, todas referentes à temperatura de 5 C e pressão de uma atmosfera: 1) H H H 1 = 44,0 kj/mol. ) CH 3 CH CH 3 CH OH (g) H = 4,6 kj/mol. 3) CH 3 CH + O (g) C + 3 H H 3 = 1366,8 kj/mol. 4) CH 3 CH + C + 3 H H 4 =? 5) CH 3 CH OH (g) + C + 3 H H 5 =? 6) CH 3 CH OH (g) + C + 3 H H 6 =? Em relação ao exposto acima, é errado afirmar que: 13

4 a) As reações representadas pelas equações 1 e são endotérmicas. b) As reações representadas pelas equações 3, 4, 5 e 6 são exotérmicas. c) H 4 = 134,8 kj/mol. d) H 5 = 134, kj/mol. e) H 6 = 1,4 kj/mol. 15. (UNICAMP) Por energia de ligação entende-se a variação de entalpia ( H) necessária para quebrar um mol de uma dada ligação. Esse processo é sempre endotérmico ( H > O). Assim, no processo representado pela equação: CH 4(g) C (g) + 4 H (g) H = 1663 kj/mol são quebrados 4 mol de ligações C H, sendo a energia de ligação, portanto, 416 kj/mol. Sabendo-se que no processo. C H 6(g) C (g) + 6 H (g) H = 86 kj/mol são quebradas ligações C C e C H, qual o valor da energia de ligação C C? Indique os cálculos com clareza. ANOTAÇÕES: 14

5 QUÍMICA - MÓDULO 9 - ORIENTAÇÕES DE ESTUDOS E GABARITOS ORIENTAÇÕES DE ESTUDO 15

6 QUÍMICA - MÓDULO 9 - ORIENTAÇÕES DE ESTUDOS E GABARITOS QUÍMICA - MÓDULO 9 GABARITOS ATIVIDADE III 1. Alternativa C. Alternativa B 3. Alternativa B 4. Alternativa C d AR = 1, g/l, portanto: 1L 1, g 0,5 L 0,6 g de ar Para aquecer 1 g de ar de 5 C até 36 C 11 J 0,6 g de ar x Em 4 horas: vezes inspirações: ,6 J = 105, J Energia recebida em 1 dia: 1,0 10 J x = 6,6 J 1,0 10 J 100% y = 1% 105, y 5. Alternativa B De acordo com o enunciado, a energia liberada pela queima de 1L de gasolina é igual a 3,6 10 J. A energia armazenada pelo aumento da temperatura de uma massa m de NaNO 3 é: Q = m c θ Como a variação de temperatura é = 50 C e o calor específico do sal é c = 1, 10 3 J/kg C, segue que: Q = m 1, Para que a energia armazenada seja igual à liberada pela queima de 1 L de gasolina: 3,6 10 = m 1, m = 10 kg 6. a) Q = m c θ Q = 1000 g 4J g 1 C 1 5 C Q = J Q = 300 kj H O 9. a) NaHCO 3(s) Na + (aq) + HCO 3(aq) HCO 3(aq) + H O H CO 3(aq) H O + CO b) H comb. (C 4 ) = 660 kj/mol H comb. (CH 4 ) = 803 kj/mol OH (aq) + H CO 3(aq) M(C 4 ) = 58 g/mol M(CH 4 ) = 16 g/mol A hipótese não é verdadeira, pois na combustão de: 16 g de CH 4 libera 803 kj 16 g de C 4, libera 33,8 kj 10. a) Equação de combustão completa do fragmento do PET: C 10 H 8 O O 10 CO + 4 H O Massa molar do fragmento = ( ) g/mol = 19 g/mol Cálculo do H da combustão de 1 mol do fragmento do PET (19 g): H = Σ H formação Σ H formação produtos reagentes H = {10 ( 394) + 4 ( 86)} {( 46) } H = ( kj) ( 46 kj) H = kj/mol Cálculo da energia liberada na queima de 48 g de PET: libera 1 mol kj 19 g kj 48 g x x = 1 15 kj liberados b) Como o PET é um poliéster, sua hidrólise alcalina formará um sal de ácido carboxílico e um álcool (reação de saponificação): outra resolução: 13 b) C 4 (g) + 4 C + 5 H H = 660 kj. a) Quanto menor a porcentagem em massa de carbono não volátil, menor será o poder calorífico do carvão. Logo, o lignito é o tipo de carvão que apresenta o menor poder calorífico. b) O tipo de carvão que libera maior quantidade de gás poluente (SO ) é o betuminoso, pois apresenta maior porcentagem em massa de pirita (FeS ). O enxofre da pirita será convertido em SO na combustão do carvão. c) A equação da reação pode ser representada por: 4 FeS + 11 O Fe O SO d) * Massa do carbono não volátil em 1, kg de antracito (m c ): 1, kg 100% m c 84% m c = 840 kg * número de mols de carbono (n): 1 mol 1 g n g n = 10 4 mol A entalpia de combustão do carbono é numericamente igual à entalpia de formação do dióxido de carbono, logo: 1 mol C libera 400 kj 10 4 mol C x x =,8 10 kj 8. a) 8,46 kj b) 4,6 atm 11. Alternativa D 1. Alternativa B 13. A metabolização de um mol de glicose pode ser representada pela equação: H O 6(g) 6 C + 6 H E seu H pode ser obtido pela soma das seguintes equações: 6 C graf C H = 400 kj 6 H (g) H H = 140 kj H 1 6 C graf + 6 H (g) + 3 H O 6(g) 6 C + 6 H 14. Alternativa D H H 15. H C C H C + 6H H = 86 kj H H 6 mol de ligações (C H): Absorve 6 416kJ H = H (ligações quebradas) H (ligações formadas) 86 = [ H(C C)] 0 86 = H(C C) H(C C) = 330 kj H = + 10 kj H = 80 kj 16