(I) 2 C(s) + O2(g) 2 CO(g) (II) C(s) + O2(g) CO2(g) H = kj.mol -1. (III) 2 CO(g) + O2(g) 2 CO2 (g) H = kj.mol -1

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1 Química Frente IV Físico-química Prof. Vitor Terra Lista 05 Termoquímica Lei de Hess e Entalpia de Formação Lei de Hess RESUMO Lembre-se de que essa soma leva em conta as quantidades de reagentes/produtos, dadas pelos coeficientes estequiométricos. Veja o exercício resolvido sobre entalpia de formação. O ΔH de uma reação só depende dos estados inicial (H R) e final (H P), e independe do caminho percorrido entre esses estados (lembre que ΔH = HP HR) Consequência importantíssima: as equações termoquímicas podem ser tratadas como equações matemáticas: Se uma reação é dividida em várias etapas, o ΔH da reação é a soma dos ΔH de cada uma das etapas: A + B C ; ΔH1 + B + C D ; ΔH2 2B + A D ; ΔH = ΔH 1 + ΔH 2 Ao multiplicar uma equação termoquímica por um número, o ΔH também é multiplicado pelo mesmo número: A + B C ; ΔH1 2A + 2B 2C ; ΔH = 2 ΔH 1 Ao inverter uma equação termoquímica, o sinal do seu ΔH é invertido: A + B C ; ΔH1 C A + B ; ΔH = ΔH 1 EXERCÍCIOS RESOLVIDOS Tente fazer o exercício antes de olhar a resolução. Quando for ler a resolução, observe cuidadosamente cada um de seus passos. Exercício Resolvido Lei de Hess O valor do ΔH da seguinte reação é difícil de se medir experimentalmente: C (graf) + 2 H2 (g) CH4 (g), ΔH =? No entanto, são conhecidos os valores de ΔH das seguintes reações: 1) C (graf) + O2 (g) CO2 (g) ΔH1 = - 94,1 kcal 2) H2 (g) + ½ O2 (g) H2O (l) ΔH2 = - 68,3 kcal 3) CH4 (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O (l) ΔH3 = - 212,8 kcal Calcule o ΔH da reação do carbono grafite com o gás hidrogênio e diga se a reação é endotérmica ou exotérmica. Resolução Na equação pedida, temos: - C (graf) do lado esquerdo - 2 H2 (g) do lado esquerdo - CH4 (g) do lado direito Estado padrão de uma substância: 25 C e 1 atm Estado físico mais comum (a 25 e 1 atm) Forma alotrópica mais estável Reação de formação de uma substância: reação que forma 1 mol essa substância a partir de substâncias simples no estado padrão. O ΔH da reação de formação é chamado ΔH de formação ou entalpia de formação ou entalpia padrão de formação (ΔH f). A entalpia padrão de formação de substâncias simples no estado padrão é zero! Uma outra forma de escrever ΔH = HP HR: soma das entalpias soma das entalpias ΔH = de formação dos de formação dos produtos reagentes Vamos olhar para as equações dadas (1, 2 e 3) e ver em quais delas aparecem C (graf), H2 (g) e CH4 (g): - C (graf) aparece do lado esquerdo da equação 1 - H2 (g) aparece do lado esquerdo da equação 2 - CH4 (g) aparece do lado esquerdo da equação 3 Agora fazemos as alterações necessárias nas equações 1, 2 e 3 para que o C (graf), o H2 (g) e o CH4 (g) apareçam da mesma forma que na equação pedida (do mesmo lado e com o mesmo coeficiente): - Mantemos a equação 1 do jeito que está, já temos C (graf) do lado esquerdo, como queremos. Assim, o seu ΔH continua sendo ΔH 1. - Multiplicamos a equação 2 por 2, já que queremos que apareça 2 H2 (g) do lado esquerdo. Assim, o seu ΔH passa a ser 2 ΔH 2. - Invertemos a equação 3, já que queremos que CH4 (g) apareça do lado direito. Assim, o seu ΔH passa a ser ΔH 3. CASD Vestibulares Química Termoquímica 1

2 Com as devidas alterações, as equações dadas (com seus novos valores de ΔH) ficam: C (graf) + O2 (g) CO2 (g), ΔH 1 2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2O (l), 2 ΔH 2 CO2 (g) + 2 H2O (l) CH4 (g) + 2 O2 (g), ΔH 3 Somando essas 3 equações, vamos obter a equação pedida. Note que o CO2 (g), 2 O2 (g) e 2 H2O (l), que não aparecem na equação pedida, vão se cancelar! O ΔH da equação pedida vai ser a soma dos ΔH de cada uma das etapas (ΔH1, 2 ΔH2 e ΔH3): C (graf) + O2 (g) CO2 (g), ΔH 1 2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2O (l), 2 ΔH 2 + CO2 (g) + 2 H2O (l) CH4 (g) + 2 O2 (g), ΔH 3 C (graf) + 2 H2 (g) CH4 (g) ΔH = ΔH ΔH 2 ΔH 3 Agora é só substituir os valores numéricos de ΔH1, ΔH2 e ΔH3: ΔH = 94,1 + 2( 68,3) ( 212,8) ΔH = 94,1 136, ,8 Agora calculamos o ΔH fazendo a diferença entre a entalpia dos produtos (soma das entalpias de formação dos produtos) e reagentes (soma das entalpias de formação dos reagentes): ΔH = HP HR ΔH = [2 ( 94,1) + 3 ( 68,3)] [ 66,7 + 3 (0)] ΔH = 393,1 ( 66,7) ΔH = 326,4 kcal/mol EXERCÍCIOS PROPOSTOS 1. Fazer os seguintes exercícios da apostila (Aula 11, pag. 80, Atividades Propostas): 1, 2, 3, 4, 5, 6 2. (FGV) Em um conversor catalítico, usado em veículos automotores em seu cano de escape, para reduzir a poluição atmosférica, ocorrem várias reações químicas, sendo que uma das mais importantes é: CO(g) + ½ O2(g) CO2(g) Sabendo-se que as entalpias das reações citadas a seguir são: ΔH = 17,8 kcal C(grafite) + ½ O2(g) CO(g) H = - 26,4 kcal Como a reação possui ΔH negativo, trata-se de uma reação exotérmica. Exercício Resolvido Entalpia de formação Calcule o ΔH da combustão do etanol (em kcal/mol) nas condições padrão, conhecendo as entalpias de formação: C2H5OH (l) + 3 O2 (g) 2 CO2 (g) + 3 H2O (l) ΔH =? ΔH f (kcal/mol) C2H5OH (l) 66,7 CO2 (g) 94,1 H2O (l) 68,3 Resolução A entalpia de formação do O2 (g) não foi dada, mas sabemos que ela vale zero, pois trata-se de uma substância simples no estado padrão. Assim, podemos calcular a soma das entalpias de formação dos produtos e reagentes, conforme o esquema abaixo: Note como os coeficientes estequiométricos são levados em conta na hora de calcular a soma das entalpias de formação, pois os valores tabelados são dados em kcal para cada mol. C(grafite) + O2(g) CO2(g) pode-se afirmar que a reação inicial é: a) exotérmica e absorve 67,7 kcal/mol. b) exotérmica e libera 120,5 kcal/mol. c) exotérmica e libera 67,7 kcal/mol. d) endotérmica e absorve 120,5 kcal/mol. e) endotérmica e absorve 67,7 kcal/mol. H = - 94,1 kcal 3. (Unesp) A entalpia da reação (I) não pode ser medida diretamente em um calorímetro porque a reação de carbono com excesso de oxigênio produz uma mistura de monóxido de carbono e dióxido de carbono gasosos. As entalpias das reações (II) e (III), a 20 C e 1 atmosfera, estão indicadas nas equações termoquímicas a seguir: (I) 2 C(s) + O2(g) 2 CO(g) (II) C(s) + O2(g) CO2(g) H = kj.mol -1 (III) 2 CO(g) + O2(g) 2 CO2 (g) H = kj.mol -1 a) Calcular a entalpia da reação (I) nas mesmas condições. b) Considerando o calor envolvido, classificar as reações (I), (II) e (III). 4. (Unesp) O peróxido de hidrogênio, H2O2, é um líquido incolor cujas soluções são alvejantes e antissépticas. Esta "água oxigenada" é preparada num processo cuja equação global é: H2 (g) + O2 (g) H2O2 (l) CASD Vestibulares Química Termoquímica 2

3 Dadas as equações das reações: H2O2 (l) H2O(l) + ½ O2(g) H = - 98,0 kj/mol 2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2O(l) H = -572,0 kj/mol Pergunta-se: a) Qual o H da reação do processo global? b) Esta reação é exotérmica ou endotérmica? Justifique sua resposta. 5. (Fatec) As transformações representadas a seguir referem-se à formação da água. Pode-se então afirmar que na formação de 1 mol de benzeno, a partir do hexano, há: a) liberação de 249 kj. b) absorção de 249 kj. c) liberação de 609 kj. d) absorção de 609 kj. e) liberação de 895 kj. 8. (Fatec) O processo de obtenção industrial de H2SO4 é representado pelas equações: S(s) + O2(g) SO2(g) H = - 297kJ H2(g) + ½ O2(g) H2O(l) H = kj/mol de H2O(l) SO2(g) + ½ O2(g) SO3(g) H = - 99kJ H2(g) + ½ O2(g) H2O(g) H = kj/mol de H2O(g) SO3(g) + H2O H2SO4(l) H = - 130kJ Para vaporizar 180g de água são necessários: Dados: massa molar H2O = 18g/mol a) 79 kj b) 5280 kj c) 44 kj d) 528 kj e) 440 kj 6. (UnB - Adaptada) Cerca de 90% do ácido nítrico, principal matéria-prima dos adubos à base de nitratos, são obtidos pela reação de oxidação da amônia pelo O2, em presença de catalisador-platina com 5% a 10% de paládio ou de ródio (ou de ambos) - a uma temperatura de 950 C. A reação é representada pela equação: 6 NH3(g) + 9 O2(g) 2 HNO3(g) + 4 NO(g) + 8 H2O(g). Essa reação ocorre nas seguintes etapas: I 6 NH3(g) + 15/2 O2(g) 6 NO(g) + 9 H2O(g) H = kj II 3 NO(g) + 3/2 O2(g) 3 NO2(g) H = kj III 3 NO2(g) + H2O(g) 2 HNO3(g) + NO(g) H = kj Com base nas informações relativas às três etapas envolvidas na produção de ácido nítrico, calcule, em KJ, a variação de entalpia correspondente à síntese de um mol desse ácido. 7. (Fuvest) Benzeno pode ser obtido a partir de hexano por reforma catalítica. Considere as reações da combustão: H2(g) + ½ O2(g) H2O(l) Calor liberado = 286 kj/mol de combustível C6H6(l) + 15/2 O2(g) 6 CO2(g) + 3 H2O(l) Calor liberado = 3268 kj/mol de combustível C6H14(l) + 19/2 O2(g) 6 CO2(g) + 7 H2O(l) Calor liberado = 4163 kj/mol de combustível Dados: massa molar do H2SO4 = 98 g/mol 1 tonelada = 1,0 x 10 6 g A quantidade de calor liberada na produção de 700 toneladas de H2SO4 é aproximadamente: a) 3,8 kj b) 536 kj c) 4025 kj d) 5,4x10 8 kj e) 3,8x10 9 kj 9. (ITA) Sabe-se que a 25 C as entalpias de combustão (em kj.mol -1 ) de grafita, gás hidrogênio e gás metano são, respectivamente: 393,5; 285,9 e 890,5. Assinale a alternativa que apresenta o valor CORRETO da entalpia da seguinte reação: a) 211,1 kj.mol -1 b) 74,8 kj.mol -1 c) 74,8 kj.mol -1 d) 136,3 kj.mol -1 e) 211,1 kj.mol -1 C (grafita) + 2 H2 (g) CH4 (g) 10. (UFRN) É possível sintetizar o metano (CH4) gasoso a partir da reação do carbono (C) sólido com hidrogênio (H2) gasoso. Considere os valores de variação de entalpia, nas condições normais de temperatura e pressão expressos nas seguintes equações: C (s) + O2 (g) CO2 (g) H = - 393,5 kj/mol H2 (g) + ½ O2 (g) H2O (l) H = - 285,8 kj/mol CH4 (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O (l) H = - 890,3 kj/mol A partir dos dados acima, o tipo de reação e a variação de entalpia para a síntese do metano podem ser representados pelo gráfico: CASD Vestibulares Química Termoquímica 3

4 combustão dos elementos C(grafite), W(s) e do carbeto de tungstênio. WC (s): 2 W (s) + 3 O2 (g) 2 WO3 (s) H1 = ,6 kj C (grafite) + O2 (g) CO2 (g) H2 = - 393,5 kj 2 WC (s) + 5 O2 (g) 2 CO2 (g) + 2 WO3(s) H3 = ,6 kj 11. (PUC-MG) Na estratosfera, os CFCs (provenientes dos propelentes de aerossol) e o gás oxigênio (O2) absorvem radiação alfa de altas energias e produzem, respectivamente, os átomos de cloro (que têm efeito catalítico para remover o ozônio) e átomos de oxigênio. Sejam dadas as seguintes equações termoquímicas (25 C, 1atm) O2(g) + Cl(g) ClO(g) + O(g) O3(g) + Cl(g) ClO(g) + O2(g) H = + 64 kcal H = - 30 kcal O valor da variação de entalpia ( H), em kcal, para a reação de remoção do ozônio, representado pela equação a seguir, é igual a: O3(g) + O(g) 2 O2(g) Pode-se, então, calcular o valor da entalpia da reação abaixo e concluir se ela é endotérmica ou exotérmica: W(s) + C(grafite) WC (s), H =? A qual alternativa correspondem o valor de H (em kj) e o tipo de reação, respectivamente? a) - 878,3, exotérmica b) - 317,5, exotérmica c) - 38,0, exotérmica d) 38,0, endotérmica e) 317,5, endotérmica 14. (Unicamp) As variações de entalpia ( H) do oxigênio, do estanho e dos seus óxidos, a 298K e 1 bar, estão representadas no diagrama: a) - 94 b) - 34 c) - 64 d) + 34 e) (Mackenzie) Dadas as equações termoquímicas, a 1 atm e 25 C. I) 2 C6H6 (l) + 15 O2 (g) 12 CO2 (g) + 6 H2O (l) H = kcal II) 4 CO2(g) + 2 H2O (l) 2 C2H2 (g) + 5 O2(g) H = kcal O calor da trimerização do acetileno, em kcal/mol, na formação de benzeno é: a) - 65 kcal / mol. b) kcal/mol. c) kcal/mol. d) kcal/mol. e) kcal/mol. 13. (UFRGS) O carbeto de tungstênio, WC, é uma substância muito dura e, por essa razão, é utilizada na fabricação de vários tipos de ferramentas. A variação de entalpia da reação de formação do carbeto de tungstênio a partir dos elementos C(grafite) e W(s) é difícil de ser medida diretamente, pois a reação ocorre a 1400 C. No entanto, podem-se medir com facilidade os calores de Assim, a formação do SnO(s), a partir dos elementos, corresponde a uma variação de entalpia de 286 kj/mol. a) Calcule a variação de entalpia ( H) correspondente à decomposição do SnO2(s) nos respectivos elementos, a 298K e 1 bar. b) Escreva a equação química e calcule a respectiva variação de entalpia ( H) da reação entre o óxido de estanho II (SnO) e o oxigênio, produzindo o óxido de estanho IV (SnO2), a 298K e 1 bar: CASD Vestibulares Química Termoquímica 4

5 15. (Puccamp - Adaptada) São dadas as entalpias padrão de formação das seguintes substâncias: Substâncias / H de formação (kj/mol) CO2 (g) / H f = - 393,3 H2O(g) / H f = - 285,8 CH3OH(l) / H f = - 238,5 Reação de combustão: CH3OH(l) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(g) Na combustão completa de 0,5 mol de metanol, a 25 C e 1 atm de pressão há a) liberação de 726,3 kj b) absorção de 726,3 kj c) liberação de 363,2 kj d) absorção de 363,2 kj e) liberação de 181,6 kj 16. (FEI) Considerando as reações abaixo: C2H2(g) + 5/2 O2(g) 2 CO2(g) + H2O(l) ,5 kj C(graf) + O2(g) CO2(g) + 393,5 kj 19. (UNIRIO) Os soldados em campanha aquecem suas refeições prontas, contidas dentro de uma bolsa plástica com água. Dentro desta bolsa existe o metal magnésio, que se combina com a água e forma hidróxido de magnésio, conforme a reação: Mg (s) + 2 H2O (l) Mg(OH)2 (s) + H2 (g) A variação de entalpia desta reação, em kj/mol, é: (Dados: H f H2O (l) = - 285,8 kj/mol H f Mg(OH)2 (s) = -924,5 kj/mol ) a) ,1 b) -638,7 c) -352,9 d) +352,9 e) ,1 20. (UERJ) O alumínio é utilizado como redutor de óxidos, no processo denominado aluminotermia, conforme mostra a equação química: 8 Al (s) + 3 Mn3O4(s) 4 Al2O3 (s) + 9 Mn (s) Observe a tabela: H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(l) + 285,8 kj A entalpia molar de formação de C2H2(g) é: a) + 226,7 kj b) + 620,2 kj c) + 798,3 kj d) ,8 kj e) ,3 kj 17. (ITA - Adaptada) Qual das opções a seguir apresenta a equação química balanceada para a reação de formação de óxido de ferro (II) (FeO) sólido nas condições-padrão? a) Fe (s) + Fe2O3 (s) 3 FeO(s) b) Fe (s) + 1/2 O2 (g) FeO(s) c) Fe2O3 (s) 2 FeO (s) + 1/2 O (g) d) Fe (s) + CO (g) FeO (s) + C (graf) e) Fe (s) + CO(g) FeO(s) + C (graf) + 1/2 O2 (g) 18. (UFRRJ) Adicionando bicarbonato de sódio para auxiliar o cozimento dos alimentos, tem-se a seguinte reação: 2 NaHCO3 Na2CO3 + CO2(g) + H2O. Considerando os dados a seguir, H(NaHCO3) = - 226,5 kcal / mol H(Na2CO3) = - 270,3 kcal / mol H(CO2) = - 94 kcal / mol H(H2O) = - 57,8 kcal / mol calcule a quantidade de calor envolvida, quando utiliza-se 0,2 mol de bicarbonato de sódio. Segundo a equação acima, para a obtenção do Mn (s), a variação de entalpia, na temperatura de 298 K, em kj, é de: a) - 282,5 b) ,3 c) ,1 d) ,1 21. (PUC-SP) 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. Dados: H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O (l), H = kj C (graf) + O2 (g) CO2 (g) H = kj C8H8(g) + 10 O2 (g) 8 CO2(g) + 4 H2O(l), H = kj A partir das reações de combustão do estireno (C8H8), do hidrogênio e do carbono nas condições padrão acima, conclui-se que a entalpia de formação do estireno (ΔH f C8H8) é igual a a) kj/mol b) 120 kj/mol c) 2200 kj/mol d) kj/mol e) kj/mol CASD Vestibulares Química Termoquímica 5

6 22. (Fuvest) Pode-se calcular a entalpia molar de vaporização do etanol a partir das entalpias das reações de combustão representadas por 25. (Cesgranrio) A etapa fotoquímica da fotossíntese, conhecida como reações de claro, é assim chamada por ocorrer somente na presença de luz. Essas reações podem ser simplificadas na seguinte equação: Para isso, basta que se conheça, também, a entalpia molar de a) vaporização da água. b) sublimação do dióxido de carbono. c) formação da água líquida. d) formação do etanol líquido e) formação do dióxido de carbono gasoso. 23. (Fuvest) As reações, em fase gasosa, representadas pelas equações I, II e III, liberam, respectivamente, as quantidades de calor Q1, Q2 e Q3 (medidas em J), sendo Q3 > Q2 > Q1. I. 2 NH3 + 5/2 O2 2 NO + 3 H2O, ΔH1 = - Q1 II. 2 NH3 + 7/2 O2 2 NO2 + 3 H2O, ΔH2 = - Q2 III. 2 NH3 + 4 O2 N2O5 + 3 H2O, ΔH3 = - Q3 Assim sendo, a reação representada por IV. N2O5 2 NO2 + ½ O2, ΔH4 será a) exotérmica, com ΔH4 = Q3 Q1. b) endotérmica, com ΔH4 = Q2 Q1. c) exotérmica, com ΔH4 = Q2 Q3. d) endotérmica, com ΔH4 = Q3 Q2 e) exotérmica, com ΔH4 = Q1 Q2 Com a entalpia padrão de formação ( H o f) do gás carbônico, da água e da glicose, é possível quantificar a energia liberada na queima da glicose, conforme o quadro anterior. Assim sendo, a quantidade máxima de energia liberada, na combustão completa de 36g de glicose, em condições-padrão, é igual a: a) 562,6 b) 843,9 c) 1406,5 d) 1969 e) (Fuvest) Considere os dados da tabela abaixo, a 25 ºC e 1 atm. 24. (UEM PR) Observe o diagrama abaixo, a 250 C e 1 atm, e assinale a(s) alternativa(s) correta(s). a) Calcule a variação de entalpia (em kj/mol) quando a base reage com o ácido para formar o correspondente sal. b) Essa reação de salificação é exotérmica ou endotérmica? Por quê? 01) A entalpia de formação de 1/2 mol de água líquida é 143 kj, a 250 C e 1 atm. 02) A reação de formação da água é um processo endotérmico. 04) A vaporização de 2 mols de água, a 250 C e 1 atm, absorve 88 kj. 08) Apenas H1 pode ser chamado de entalpia de formação. 16) Através da lei de Hess, tem-se: H2 = H1 - Hvaporização 32) Entalpia de vaporização é sempre positiva 27. (IME-RJ) Em função do calor de formação do dióxido de carbono ( H f,co2), do calor de formação do vapor d água ( H f,h2o(g)) e do calor da combustão completa de uma mistura de metano e oxigênio, em proporção estequiométrica ( Hr), deduza a expressão do calor de formação do metano ( H f,ch4). 28. (ITA) Assinale a opção ERRADA que apresenta (em kj/mol) a entalpia padrão de formação da substância ( H f) a 25 C a) H f (H2 (g)) = 0 b) H f (F2 (g)) = 0 c) H f (N2 (g)) = 0 d) H f (Br2 (g)) = 0 e) H f (Cl2 (g)) = 0 CASD Vestibulares Química Termoquímica 6

7 29. (Unesp - Adaptada) Rações militares de emergência são fornecidas em embalagens de plástico aluminizado, contendo dois recipientes independentes e impermeáveis, conforme esquema mostrado a seguir. a) Calcule, com base nos dados da tabela, o valor da variação de entalpia ( H), em kj/mol, para a combustão da sacarose sólida formando dióxido de carbono gasoso e água líquida. Para o aquecimento do alimento, introduz-se água no recipiente externo, através de orifício próprio. Em presença de Fe e NaCl, a reação a seguir ocorre rapidamente: Mg(s) + 2H2O(l) Mg(OH)2(s) + H2(g) + calor a) Calcule a quantidade de energia desprendida nas condições padrão, quando 0,10 mol de Mg(s) reagir completamente com a água adicionada. b) Hidróxido de magnésio também pode ser obtido pela reação entre óxido de magnésio sólido e água líquida. Escreva a equação balanceada que representa esta reação química. Sabendo que a variação de entalpia desta reação vale X, calcule a entalpia de formação do óxido de magnésio. Dados: entalpias padrão de formação, em kj/mol: H2O(l) = - 285; Mg(OH)2(s) = (Unicamp) As informações contidas a seguir foram extraídas de rótulos de bebidas chamadas energéticas, muito comuns atualmente, e devem ser consideradas para a resolução da questão. Cada 500 ml contém Valor energético = 140 CAL Carboidratos (sacarose) = 35 g Sais minerais = 0,015 mol* Proteínas = 0 g Lipídios = 0 g *(valor calculado a partir do rótulo) A unidade CAL utilizada para expressar o valor energético, como especificado no rótulo, significa 1000 calorias. Essa unidade é obsoleta, e sua relação com a unidade recomendada de energia, o joule (J), é: 1 caloria = 4,184 J. Portanto, o valor energético escrito no rótulo equivale a 586 kj (quilojoule). b) Considerando que a reação de combustão da sacarose anteriormente representada possa ser utilizada no cálculo do valor energético, qual a contribuição da sacarose (carboidratos) para o valor energético da bebida (dar em porcentagem)? 31. (Unicamp - Adaptada) Quando se utiliza um biossistema integrado numa propriedade agrícola, a biodigestão é um dos processos essenciais desse conjunto. O biodigestor consiste de um tanque, protegido do contato com o ar atmosférico, onde a matéria orgânica de efluentes, principalmente fezes animais e humanas,6é metabolizada por bactérias. Um dos subprodutos obtidos nesse processo é o gás metano, que pode ser utilizado na obtenção de energia em queimadores. A parte sólida e líquida que sobra é transformada em fertilizante. Dessa forma, faz-se o devido tratamento dos efluentes e ainda se obtêm subprodutos com valor agregado. Sabe-se que a entalpia molar de combustão do metano é de kj/mol; que a entalpia molar de formação desse mesmo gás é de - 75 kj/mol; que a entalpia molar de formação do CO2 é de kj/mol. A partir dessas informações, calcule a entalpia molar de formação da água nessas mesmas condições. 32. (Unicamp) Uma das grandes novidades em comunicação é a fibra óptica. Nesta, a luz é transmitida por grandes distâncias sem sofrer distorção ou grande atenuação. Para fabricar fibra óptica de quartzo, é necessário usar sílica de alta pureza, que é preparada industrialmente usando uma sequência de reações cujas equações (não balanceadas) estão representadas a seguir: I. SiO2 (s) + C (s) Si (s) + CO2 (g) II. Si (s) + Cl2 (g) SiCl4 (g) III. SiCl4 (g) + O2 (g) SiO2 (s) + Cl2 (g) CASD Vestibulares Química Termoquímica 7

8 a) Na obtenção de um tarugo de 300 g de sílica pura, qual a quantidade de energia (em kj) envolvida? Considere a condição padrão. Dados de entalpia padrão de formação em kj mol -1 : SiO2 (s) = -910; CO2 (g) = -394; SiCl4 (g) = Massas molares (em g/mol): C = 12, O = 16, Cl = 35,5, Si = 28 b) Com a sílica produzida (densidade = 2,2 g cm -3 ), foi feito um tarugo que, esticado, formou uma fibra de 0,06 mm de diâmetro. Calcule o comprimento da fibra esticada, em metros. DICAS Tente fazer o exercício primeiro antes de olhar as dicas. 2. Queremos encontrar o ΔH da reação: CO(g) + ½ O2(g) CO2(g) Logo, precisamos fazer aparecer CO (g) no lado esquerdo e CO2 (g) no lado direito ao somar as equações. Para que isso aconteça, podemos inverter a primeira equação dada e manter a segunda equação inalterada. Observe que o ΔH da primeira reação fica com o sinal trocado: CO(g) C(grafite) + ½ O2(g) H = + 26,4 kcal C(grafite) + O2(g) CO2(g) H = - 94,1 kcal Somando as duas equações, obtemos a reação pedida. Observe que o C(grafite) vai cancelar e vai sobrar ½ O2 (g) do lado esquerdo. 3. Para obter a equação (I), precisamos fazer aparecer 2 C(s) do lado esquerdo e 2 CO(g) do lado direito. Para que isso aconteça, podemos multiplicar a equação (II) por 2, inverter a equação (III) e somar. Não esqueça de fazer as alterações correspondentes nos valores de ΔH. Nessa questão, o enunciado não especificou qual era a forma alotrópica do C. Isso não prejudicou a resolução nesse caso, mas o correto é especificar se o carbono é grafite ou diamante. 4. Podemos inverter a primeira equação dada, multiplicar a segunda equação dada por ½ e somar. Note que, ao fazer isso, obtemos a equação desejada. 6. As reações nessa questão são um pouco mais complicadas do que nas anteriores. No entanto, note que basta somar as equações dadas para obter a equação desejada. 7. A fórmula molecular do hexano é C6H14 e a fórmula molecular do benzeno é C6H6. Logo, a questão pede que se calcule o ΔH da seguinte reação: C6H14 (l) C6H6 (l) + 4 H2 (g) 8. Considere que a produção do H2SO4 é a partir do S, do O2 e da H2O caso contrário, as duas primeiras equações seriam desnecessárias. 9. Dê uma olhada no enunciado do exercício resolvido de Lei de Hess. As duas questões são iguais, só o enunciado que está escrito de forma diferente. 12. Reação de trimerização do acetileno é quando 3 moléculas de acetileno (C2H2) se juntam para formar uma molécula de benzeno (C6H6). Ou seja, a reação pedida é a seguinte: 3 C2H2 (g) C6H6 (l) 16. A entalpia de formação do C2H2 (g) é o ΔH da reação de formação do C2H2: 2 C(graf) + H2 (g) C2H2 (g) 17. Lembre-se de que, em uma reação de formação: - os reagentes devem ser substâncias simples no estado físico mais comum a 25 C e 1 atm e na forma alotrópica mais estável. - deve ocorrer a formação de apenas um mol de produto. 18. Fazendo a soma das entalpias de formação dos produtos (Na2CO3, CO2(g) e H2O) menos a soma das entalpias de formação dos reagentes (2 NaHCO3), encontramos o ΔH da reação em kj/mol, ou seja, a quantidade de calor envolvida (liberada/absorvida) com 2 mol de bicarbonato de sódio (NaHCO3) pois o coeficiente estequiométrico do NaHCO3 é A entalpia de formação do C8H8 (g) é o ΔH da reação de formação do C8H8: 8 C(graf) + 4 H2 (g) C8H8 (g) 22. A entalpia molar de vaporização do etanol é o ΔH do seguinte processo: C2H5OH (l) C2H5OH (g) A entalpia molar de vaporização da água é o ΔH do seguinte processo: H2O (l) H2O (g) A entalpia molar de sublimação do gás carbônico é o ΔH do seguinte processo: CO2 (s) CO2 (g) 23. Perceba que, em todas as alternativas, só há duas quantidades de calor envolvidas. Isso quer dizer que uma das reações dadas não vai ser utilizada no cálculo do ΔH Entalpia de vaporização é o ΔH de uma vaporização. Esse processo absorve ou libera calor? 25. A combustão completa da glicose é o processo inverso ao da fotossíntese, representada pela equação dada no enunciado. CASD Vestibulares Química Termoquímica 8

9 O enunciado pede a quantidade máxima de energia liberada, mas isso não muda em nada a resolução da questão. Ele só está considerando que, na prática, devido a efeitos dissipativos, a energia liberada é menor do que o valor esperado teoricamente. 26. A base a que ele se refere é amônia (NH3), o ácido a que ele se refere é o cloreto de hidrogênio (HCl) e o sal a que ele se refere é o cloreto de amônio (NH4Cl). A reação entre eles é a seguinte: NH3 (g) + HCl (g) NH4Cl (s) 27. Essa é uma questão normal de Lei de Hess, a diferença é que o enunciado não dá os valores numéricos de ΔH. As reações dadas (com seus respectivos ΔH) são: C (graf) + O2 (g) CO2 (g), H f,co2 H2 (g) + ½ O2 (g) H2O (g), H f,h2o(g) CH4 (g) + O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O (g), Hr O que a questão pede é o ΔH da seguinte reação: C (graf) + 2 H2 (g) CH4 (g), H f,ch4 28. A entalpia padrão de substâncias simples é zero somente quando a substância estiver no seu estado físico mais comum a 25 C e 1 atm. Qual das alternativas tem uma substância que não está no estado gasoso a 25 C e 1 atm? 29. Fórmula do óxido de magnésio: MgO Fórmula do hidróxido de magnésio: Mg(OH)2 31. Reação de combustão do metano: CH4 (g) + O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O (g) 32. Note que as equações dadas não estão balanceadas. No entanto, é necessário alterar o coeficiente de apenas uma substância nas reações II e III. A sílica a que o enunciado se refere é o SiO2. Observe que o enunciado se refere ao processo de purificação da sílica ou seja, no processo global, o SiO2 não é consumido nem produzido. Antes de fazer contas pra encontrar o ΔH de cada uma das etapas, procure descobrir qual é o processo global de purificação primeiro. Isso vai reduzir muito a quantidade de contas realizadas. Dica: esse processo não envolve o SiO2! GABARITO 1. Gabarito na apostila 2. C 3. a) ΔH = 505 kj/mol b) Todas as reações são exotérmicas (ΔH < 0) 4. a) ΔH = 188 kj/mol b) Exotérmica, pois seu ΔH é menor do que zero, o que indica que a reação libera calor. 6. ΔH = 832 kj 7. B 8. E 9. B 10. A 11. A 12. A 13. C 14. a) H = 581 kj/mol 15. C 16. A 17. B b) SnO (s) + ½ O2 SnO2 (s) 18. 3,09 kcal 19. B 20. B 21. B 22. A 23. D ΔH = kj/mol 24. Corretas: 01, 04, A 26. a) H = 176 kj/mol b) Exotérmica, pois seu ΔH é menor do que zero, o que indica que a reação libera calor. 27. H f,ch4 = H f,co2 + 2 H f,h2o(g) - Hr 28. D 29. a) 36 kj b) MgO (s) + H2O (l) Mg(OH)2 (s) ΔH = 645 X kj, onde X é o ΔH da reação do MgO (s) com a H2O (l) 30. a) H = 5653 kj/mol b) 98,7 % 31. H = 242 kj/mol 32. a) H = 1970 kj. Logo, são liberados 1970kJ b) m 5. E CASD Vestibulares Química Termoquímica 9