EXERCÍCIOS PROPOSTOS RESUMO. ΔH: variação de entalpia da reação H R: entalpia dos reagentes H P: entalpia dos produtos

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1 Química Frente IV Físico-química Prof. Vitor Terra Lista 04 Termoquímica Entalpia (H) e Fatores que Alteram o ΔH RESUMO Entalpia (H) é a quantidade total de energia de um sistema que pode ser trocada na forma de calor. Não nos preocupamos em medir a entalpia em si, mas a sua variação (ΔH). As unidades de entalpia são as mesmas unidades de energia. As mais comuns são: Joule (J) e caloria (cal). Processos Exotérmicos Endotérmicos Liberam calor Absorvem calor H R > H P H P > H R ΔH < 0 ΔH > 0 Aumentam a temperatura do meio Diminuem a temperatura do meio Fatores que alteram o ΔH de uma reação ΔH = H P H R ΔH: variação de entalpia da reação H R: entalpia dos reagentes H P: entalpia dos produtos 1 kj = 1000 J 1 kcal = 1000 cal 1 cal = 4,18 J Quantidade de reagentes o O ΔH é diretamente proporcional à quantidade de reagentes envolvidos na reação. o Ao inverter o sentido de um processo, o sinal do ΔH também é invertido. Estados físicos o Para uma mesma substância: H (g) > H (l) > H (s) Formas alotrópicas o Diferentes alótropos de um mesmo elemento possuem diferentes valores de entalpia. A forma alotrópica mais estável possui menor entalpia. Por exemplo, o carbono grafite possui menor entalpia do que o diamante, portanto o grafite é a forma mais estável. Temperatura Pressão o Não exerce influência significativa, exceto para valores muito altos de pressão (acima de 1000 atm) Equação termoquímica é uma representação completa de uma reação química (ou uma mudança de estado). Ela traz todas as informações sobre os fatores que podem alterar o ΔH, além do ΔH da reação. Quando a temperatura e a pressão não estão indicadas, assume-se que a reação ocorre no estado padrão: 25 C e 1 atm. EXERCÍCIOS PROPOSTOS 1. Fazer os seguintes exercícios da apostila (Aula 9, pag. 97, Atividades Propostas): 1, 2, 7, 8, 9, (Unitau) Observe as seguintes equações termoquímicas: I C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g), H = 31,4 kcal II CO(g) + 1/2 O2(g) CO2(g), III H2(g) +1/2 O2(g) H2O(g), H = - 67,6 kcal H= - 57,8 kcal De acordo com a variação de entalpia, podemos afirmar: a) I é endotérmica, II e III exotérmicas. b) I e III são endotérmicas, II exotérmica. c) II e III são endotérmicas, I exotérmica. d) I e II são endotérmicas, III exotérmica. e) II é endotérmica e I e III exotérmicas. 3. (UECE) Observe o esquema: De acordo com o esquema apresentado, podemos dizer que esse processo deverá ser: a) endotérmico, com H = kj. b) endotérmico e absorve 130 kj. c) exotérmico e liberar 130 kj. d) exotérmico, com H = kj. 4. (FAAP) Verifica-se em laboratório que a preparação de uma solução aquosa de H2SO4 por adição deste à água, causa um aumento na temperatura da solução quando comparada com a temperatura original do solvente. Trata-se, portanto, de um processo: a) endotérmico b) exotérmico c) isotérmico d) sem variação de energia livre e) sem variação de entalpia 5. (UFSM) Com relação aos processos de mudança de estado físico de uma substância, pode-se afirmar que são endotérmicos: a) vaporização - solidificação - liquefação. b) liquefação - fusão - vaporização. c) solidificação - fusão - sublimação. d) solidificação - liquefação - sublimação. e) sublimação - fusão - vaporização. CASD Vestibulares Química Termoquímica 1

2 6. (UFRGS) Em nosso cotidiano ocorrem processos que podem ser endotérmicos (absorvem energia) ou exotérmicos (liberam energia). Assinale a alternativa que contém apenas fenômenos exotérmicos ou apenas fenômenos endotérmicos. a) explosão de fogos de artifício - combustão em motores de automóveis - formação de geada b) secagem de roupas - formação de nuvens queima de carvão c) combustão em motores de automóveis - formação de geada - evaporação dos lagos d) evaporação de água dos lagos - secagem de roupas - explosão de fogos de artifício e) queima de carvão - formação de geada - derretimento de gelo 7. (UFSM) Cerca de 80% da energia consumida no mundo deriva da queima de petróleo, carvão ou gás natural, que são fontes energéticas não renováveis e irão se esgotar a médio ou longo prazo. Uma das alternativas, para resolver o problema, é o uso da biomassa, matéria orgânica que, quando fermenta, produz o biogás, cujo principal componente é o metano. A queima do metano se dá pela equação CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(l) H = kj/mol Em relação a essa equação, analise as afirmativas a seguir e assinale verdadeira (V) ou falsa (F) em cada uma delas. ( ) A reação de combustão do metano é exotérmica. ( ) A entalpia dos reagentes é menor que a entalpia dos produtos. ( ) A variação de entalpia, nesse caso, indica que a quantidade de calor absorvida é de 888 kj/mol. A sequência correta é a) V - F - F b) V - F - V c) F - V - F d) F - V - V e) V - V F 8. (UFMG) Ao se sair molhado em local aberto, mesmo em dias quentes, sente-se uma sensação de frio. Esse fenômeno está relacionado com a evaporação da água que, no caso, está em contato com o corpo humano. Essa sensação de frio explica-se CORRETAMENTE pelo fato de que a evaporação da água a) é um processo endotérmico e cede calor ao corpo. b) é um processo endotérmico e retira calor do corpo. c) é um processo exotérmico e cede calor ao corpo. d) é um processo exotérmico e retira calor do corpo. 9. (Unesp) Em uma cozinha, estão ocorrendo os seguintes processos: I. gás queimando em uma das "bocas" do fogão e II. água fervendo em uma panela que se encontra sobre esta "boca" do fogão. Com relação a esses processos, pode-se afirmar que: a) I e II são exotérmicos. b) I é exotérmico e II é endotérmico. c) I é endotérmico e II é exotérmico. d) I é isotérmico e II é exotérmico. e) I é endotérmico e II é isotérmico. 10. (UFPel-RS) Ao preparar argamassa, o pedreiro mistura água na cal viva ou cal virgem (CaO). Essa reação provoca grande liberação de calor e produz a cal extinta Ca(OH)2 (aq). A cal viva usada é obtida a partir do carbonato de cálcio (CaCO3), através de sua decomposição térmica. As equações termoquímicas que envolvem os processos citados acima são: I. decomposição do CaCO3 CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g), ΔH = ,0 kj/mol II. formação da cal extinta CaO (s) + H2O (l) Ca(OH)2 (aq), ΔH = kj/mol Com relação aos processos I e II, o que se pode afirmar? a) O processo II apresenta entalpia dos produtos menor que a dos reagentes, sendo, por isso, exotérmico. b) Os processos I e II são exotérmicos. c) O processo I apresenta entalpia dos produtos maior que a dos reagentes, sendo, por isso, exotérmico. d) O processo I poderia ser representado da seguinte maneira: CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g) ,0 kj/mol e) Os processos I e II absorvem calor, sendo endotérmicos 11. (Unicamp) Um botijão de gás de cozinha, contendo butano, foi utilizado em um fogão durante um certo tempo, apresentando uma diminuição de massa de 1,0kg. Sabendo-se que: C4H10(g) + 6,5O2(g) 4CO2(g) + 5H2O(g) H = kj/mol. a) Qual a quantidade de calor que foi produzida no fogão devido à combustão do butano? b) Qual o volume, a 25 C e 1,0 atm, de butano consumido? Dados: O volume molar de um gás ideal a 25 C e 1,0 atm é igual a 24,51 litros. Massas atômicas (em u): C = 12; H = 1. CASD Vestibulares Química Termoquímica 2

3 12. (UEL-PR) Sabendo que a combustão completa da glicose com ar libera cerca de 1 x 10 2 kcal/mol de oxigênio (O2), a energia liberada na queima de 5 mol de glicose, será, em kcal, Dado: Glicose = C6H12O6 a) 1 x 10 3 b) 2 x 10 3 c) 3 x 10 3 d) 4 x 10 3 e) 5 x (Fuvest) A oxidação de açúcares no corpo humano produz ao redor de 4,0 quilocalorias por grama de açúcar oxidado. A oxidação de um décimo de mol de glicose (C6H12O6) vai produzir aproximadamente: Massas atômicas: H = 1,0; C = 12; O = 16 a) 40 kcal b) 50 kcal c) 60 kcal d) 70 kcal e) 80 kcal 14. (Unesp) Ozonizador é um aparelho vendido no comércio para ser utilizado no tratamento da água. Nesse aparelho é produzido ozônio (O3) a partir do oxigênio do ar (O2), que mata os micro-organismos presentes na água. A reação de obtenção do ozônio a partir do oxigênio pode ser representada pela equação: 3 O2(g) 2 O3(g) H = +284 kj Com base nessa equação, e considerando a transformação de 1000 g de O2(g) em O3(g), a quantidade de calor envolvida na reação é a) 2958,33 kj e a reação é endotérmica. b) 1479,16 kj e a reação é exotérmica. c) 739,58 kj e a reação é exotérmica. d) 369,79 kj e a reação é endotérmica. e) 184,90 kj e a reação é endotérmica. 15. (UEL-PR) Considere a reação de combustão de 440,0g de propano, a 25 C e 1 atm, com liberação de kJ. Para se obter 1.110kJ de calor, nas condições mencionadas, a massa de propano, em gramas, que deve ser utilizada é a) 44 b) 22 c) 11 d) 8,8 e) 4,4 16. (UFMG) A energia que um ciclista gasta ao pedalar uma bicicleta é cerca de 1800 kj/hora acima de suas necessidades metabólicas normais. A sacarose, C12H22O11 (massa molar = 342g/mol), fornece aproximadamente 5400kJ/mol de energia. A alternativa que indica a massa de sacarose que esse ciclista deve ingerir, para obter a energia extra necessária para pedalar 1h, é: a) 1026 g b) 114 g c) 15,8 g d) 3,00 g e) 0,333 g 17. (UFES) O hidrogênio, H2(g), é usado como combustível de foguetes. O hidrogênio queima na presença de oxigênio, O2(g), produzindo vapor de água, segundo a equação: 2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(g) H = kj A energia liberada na queima de um grama de hidrogênio, H2(g), é a) kj b) 242 kj c) kj d) 121 kj e) 60,5 kj 18. (Unesp) Considere a equação a seguir: 2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(l) H = kj É correto afirmar que a reação é: a) exotérmica, liberando 286 kj por mol de oxigênio consumido. b) exotérmica, liberando 572 kj para dois mols de água produzida. c) endotérmica, consumindo 572 kj para dois mols de água produzida. d) endotérmica, liberando 572 kj para dois mols de oxigênio consumido. e) endotérmica, consumindo 286 kj por mol de água produzida. 19. (UEL-PR - Adaptada) Considere as equações termoquímicas a seguir. I. H2 (g) + ½ O2 (g) H2O (l) H = - 285,8 kj II. ½ H2 (g) + ½ Cl2 (g) HCl (g) III. ½ H2 (g) + ½ F2 (g) HF (g) H = - 92,5 kj H = - 268,6 kj IV. H2 (g) + 2 C (s) C2H2 (g) H = + 226,8 kj V. 2 H2 (g) + 2 C (s) C2H4 (g) H = + 52,3 kj CASD Vestibulares Química Termoquímica 3

4 Em qual das reações há liberação de maior quantidade de calor por mol de hidrogênio (H2) consumido? 22. (Cesgranrio) Considere o diagrama de entalpia a seguir: a) I b) II c) III d) IV e) V 20. (Mackenzie - Adaptada) C (grafite) + O2(g) CO2(g), H = - 94,0 kcal C (diamante) + O2(g) CO2(g), H = - 94,5 kcal Relativamente às equações anteriores, fazem-se as seguintes afirmações: I - C (grafite) é a forma alotrópica menos energética. II - As duas reações são endotérmicas. III - Se ocorrer a transformação de C (diamante) em C (grafite) haverá liberação de calor. IV - C (diamante) é a forma alotrópica mais estável. São corretas: a) I e II, somente. b) I e III, somente. c) I, II e III, somente. d) II e IV, somente. e) I, III e IV, somente. AssinaIe a opção que contém a equação termoquímica correta: a) H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O (g), H = +242 kj/mol b) H2O (l) H2O (g), H = -41 kj/mol c) H2O (l) H2 (g) + 1/2 O2 (g), H = +283 kj/mol d) H2O (g) H2 (g) + 1/2 O2 (g), H = 0 kj/mol e) H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O (l), H = +41 kj/mol 23. (UFF-RJ) O diagrama mostra os valores de entalpia para a interconversão do vapor d'água, da água líquida e de seus elementos. 21. (UFMG) Considere o diagrama de entalpia, ao lado, envolvendo o dióxido de carbono e as substâncias elementares diamante, grafite e oxigênio. Com base nesse diagrama, pode-se afirmar que: Considerando esse diagrama, identifique a afirmativa falsa. a) A transformação do diamante em grafite é exotérmica. b) A variação de entalpia na combustão de 1 mol de diamante é igual a 392 kj/mol. c) A variação de entalpia na obtenção de 1 mol de CO2 (g), a partir da grafita, é igual a 394 kj/mol. d) A variação de entalpia na obtenção de 1 mol de diamante, a partir da grafita, é igual a 2 kj/mol. a) A formação de H2O(g), a partir de seus elementos, constitui um processo endotérmico. b) A decomposição da H2O(g) constitui um processo exotérmico. c) A transformação da H2O(l) em H2O(g) constitui um processo endotérmico. d) A formação da H2O(l), a partir de seus elementos, constitui um processo endotérmico. e) A decomposição da H2O(l) constitui um processo exotérmico. 24. (UFMG) Etanol, metano e metanol são combustíveis de uso amplo. Hidrogênio molecular, utilizado nos ônibus espaciais, tem sido objeto de muitos estudos visando a seu maior uso. São dadas as equações das reações de combustão completa de 1 mol de cada uma dessas substâncias, bem como as respectivas variações de entalpia. CASD Vestibulares Química Termoquímica 4

5 C2H5OH (l) + 3 O2 (g) 2 CO2 (g) + 3 H2O (l) H = kj/mol CH4(g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O (l) H = -890 kj/mol CH3OH (l) + 1,5 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O (l) H = -726 kj/mol H2 (g) + 0,5 O2 (g) H2O (l) H = -286 kj/mol As massas molares de etanol, metano, metanol e hidrogênio molecular são, respectivamente, 46 g/mol, 16 g/mol, 32 g/mol e 2 g/mol. Considerando o calor liberado pela queima de um grama de cada uma dessas substâncias, o combustível mais eficiente é: a) etanol b) hidrogênio c) metano d) metanol 25. (ITA) Na temperatura e pressão ambientes, a quantidade de calor liberada na combustão completa de 1,00g de etanol (C2H5OH) é igual a 30J. A combustão completa de igual massa de glicose (C6H12O6) libera 15J. Analisando a figura, assinale a alternativa incorreta: a) na temperatura T1, a reação é exotérmica. b) na temperatura T1, a entalpia dos reagentes é maior que a dos produtos. c) no intervalo de temperatura compreendido entre T1 e T2, a reação ocorre com absorção de calor. d) o H da reação, em módulo, aumenta com o aumento de temperatura. e) tanto a entalpia dos reagentes como a dos produtos aumentam com o aumento da temperatura. DICAS Tente fazer o exercício primeiro antes de olhar as dicas. 6. A geada é formada pelo congelamento do vapor d água condensado na atmosfera. Ou seja, ela é formada com a passagem da água do estado líquido para o sólido. Abaixo está uma imagem de folhas cobertas por geada: Com base nestas informações é correto afirmar que a) a quantidade de calor liberada na queima de 1,00 mol de etanol é igual a 2 vezes a quantidade de calor liberada na queima de 1,00 mol de glicose. b) a quantidade de oxigênio necessária para queimar completamente 1,00 mol de etanol é igual a 2 vezes aquela necessária para queimar a mesma quantidade de glicose. c) a relação combustível / comburente para a queima completa de 1,00mol de etanol é igual a 1/2 da mesma relação para a queima completa de 1,00 mol de glicose. d) a quantidade de calor liberada na queima de etanol será igual àquela liberada na queima de glicose quando a relação massa de etanol / massa de glicose queimada for igual a 1/2. e) a quantidade de calor liberada na queima de etanol será igual àquela liberada na queima de glicose quando a relação mol de etanol/mol de glicose for igual a 1/ (ITA Adaptada) A figura abaixo mostra como a entalpia dos reagentes e dos produtos de uma reação química do tipo A(g) + B(g) C(g) varia com a temperatura. As nuvens são formadas pela condensação do vapor d água na forma de gotículas. Ou seja, elas são formadas com a passagem da água do estado gasoso para o líquido. 9. A água fervendo na panela pode estar a uma temperatura alta, mas ela está liberando ou absorvendo calor? 11. b) Não estranhe se você encontrar um volume bem maior do que o esperado para um botijão. É porque esse volume é medido a 25 C e 1 atm, e a pressão dentro do botijão é bem maior do que 1 atm. 12. Equação da combustão completa da glicose: C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O (Essa é a reação global da respiração celular. Nas células, a glicose não reage diretamente com o O2, mas vai se degradando em uma série de etapas até formar CO2 e H2O) 17. Atente para o que a equação termoquímica diz: 2 mol de gás H2 reagem com 1 mol de gás O2, formando 2 mol de H2O no estado gasoso e liberando 484 kj. Lembre-se também de que se a reação libera energia, então a energia liberada é uma quantidade positiva. CASD Vestibulares Química Termoquímica 5

6 18. Atente mais uma vez para o que diz a equação termoquímica: 2 mol de gás H2 reagem com 1 mol de gás O2, formando 2 mol de H2O líquida e liberando 572 kj. 20. A forma alotrópica mais estável é aquela de menor entalpia. 21. Não se preocupe com os valores nulos e negativos de entalpia, e sim com as variações de entalpia. Mais adiante vamos entender o porquê desses valores. 22. Veja a dica da questão anterior. 25. Não é necessário saber as equações da combustão da glicose e do etanol. Leia todas as alternativas da questão. GABARITO Exercícios propostos 1. Gabarito na apostila 2. A 3. B 4. B 5. E 6. A 7. E 8. B 9. B 10. A 11. a) Q = kj 12. C 13. D 14. A 15. B 16. B 17. D 18. B 19. C 20. B 21. B 22. C 23. C 24. B 25. D 26. C b) V = 422,58 L CASD Vestibulares Química Termoquímica 6