Capítulo 5. Termoquímica

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1 Capítulo 5 Termoquímica 1. (FUVEST) Considere as reações de oxidação dos elementos Al, Mg e Si representadas pelas equações abaixo e o calor liberado por mol de O 2 consumido. 4/3Al + O 2 2/3Al 2 O 3 Δ = 1120 kj/mol de O 2 2Mg + O 2 2MgO Δ = 1200 kj/mol de O 2 Si + O 2 SiO 2 Δ = 910 kj/mol de O 2 Em reações iniciadas por aquecimento, dentre esses elementos, aquele que reduz dois dos óxidos apresentados e aquele que reduz apenas um deles, em reações exotérmicas, são, respectivamente, a) Mg e Si b) Mg e Al c) Al e Si d) Si e Mg e) Si e Al Inicialmente vamos verificar se a reação de cada elemento com cada óxido do enunciado da questão é endotérmica ou exotérmica. a) Reação do elemento Mg com os óxidos Al 2 O 3 esio 2. 2Mg + O 2 2MgO Δ = 1200 kj 2 3 Al 2 O Al + O 2 Δ = kj 2Mg Al 2 O Al + 2MgO Δ = 80 kj (exotérmica) 2Mg + O 2 2MgO SiO 2 Si + O 2 2Mg + SiO 2 Si + 2MgO Δ = 1200 kj Δ = +910 kj Δ = 290 kj (exotérmica) Conclusão: o Mg reduz os dois óxidos e a reação é exotérmica nos dois casos. b) Reação do elemento Al com os óxidos MgO e SiO Al + O Al 2 O 3 2MgO 2Mg + O 2 Δ = 1120 kj Δ = kj 4 3 Al + 2MgO 2 3 Al 2 O 3 + 2Mg Δ = +80 kj (endotérmica) 44

2 4 3 Al + O Al 2 O 3 SiO 2 Si + O 2 Δ = 1120 kj Δ = +910 kj 4 3 Al + SiO Al 2 O 3 + Si Δ = 210 kj (exotérmica) Conclusão: o Al reduz apenas um óxido, numa reação exotérmica. c) Reação do elemento Si com os óxidos MgO e Al 2 O 3. 2Si + O 2 2SiO Al 2 O Al + O 2 Δ = 910 kj Δ = kj Si Al 2 O 3 SiO Al Δ = +210 kj (endotérmica) Si + O 2 2SiO 2 2MgO 2Mg + O 2 Si + 2MgO SiO 2 + 2Mg Δ = 910 kj Δ = kj Δ = +290 kj (endotérmica) Conclusão: As reações de redução dos dois óxidos (MgO e Al 2 O 3 ) pelo elemento silício são ambas endotérmicas. A alternativa que está de acordo com as conclusões é a (b). 2. (IME) Para a determinação do poder calorífico de uma amostra, devemos encher uma bomba calorimétrica de voluma 4, m 3 com oxigênio até atingirmos uma pressão manométrica de 2, Pa. Na preparação da bomba calorimétrica para a análise, otulizamos o oxigênio de um cilindro com volume de 0,01 m 3, a uma pressão manométrica de 1, Pa. Admitindo que apenas 80% do conteúdo de oxigênio do cilindro seja efetivamente utilizado, e que devemos realizar 20 testes por semana, determine a duração, em semanas do cilindro de oxigênio utilizado para encher a bomba calorimétrica, considerando que os gases tenham comportamento ideal. n O2 no cilindro = 107 Pa 0,01m 3 RT R em Pa m 3 mol 1 K 1 = 105 RT mol n O2 que será efetivamente utilizado = 0,8 105 RT mol n O2 na bomba calorimétrica = Pa m 3 RT = RT mol n O2 gasto em cada teste = RT mol n O2 gasto em 20 testes = RT = RT mol 45

3 123 1 semana x gasta gasta /RT mol de O 2 0, /RT mol de O 2 x = 0,8 105 /RT /RT = = 5 semanas (Resposta) 3. Dado o gráfico ao lado: a) Qual é o valor da energia reticular do KCl (s)? b) Qual é o valor da entalpia de hidratação dos íons K + e Cl c) Qual é o valor da entalpia de solução do KCl (s)? Δ sol. = Δ ret. + Δ hid. Δ sol. = ( 691) = +17kJ Resposta: a) +708kJ b) 691kJ c) +17kJ ENTALPIA (kj) K + (g) + Cl (g) + aq. K + (aq) + Cl (aq) KCl (s) + aq. 4. Dado o gráfico ao lado: a) Qual é o calor absorvido na ruptura das ligações iônicas de 1 mol de LiCl (s)? b) Qual é o valor da entalpia de hidratação dos íons Li + e Cl c) Qual é o valor da entalpia de solução do LiCl (s)? Δ sol. = Δ ret. + Δ hid. = ( 885) = 37kJ Resposta: a) +848kJ b) 885kJ c) 37kJ ENTALPIA (kj) Li + (g) + Cl (g) + aq. LiCl (s) + aq. Li + (aq) + Cl (aq) 5. (UFPB) Na reação de dissociação representada abaixo, são quebradas as ligações entre os átomos envolvidos. C 3 6 O 2(g) 3C (g) + 6 (g) + 2 Δ = 4241 kj mol 1 a) Responda se o composto C 3 6 O 2(g) é um ácido carboxílico ou um éster. b) Indique a estrutura de outro isômero e calcule o seu Δ Energia de ligação kj mol 1 Dados: C C C C O C O O Vamos calcular o Δ da reação de dissociação supondo que o composto seja um ácido carboxílico. O O (g) 46

4 5 lig. C quebradas absorção de = 2070 kj 2 lig. C C quebradas absorção de = 670 kj 1 lig. C O quebrada absorção de 750 kj 1 lig. C O quebrada absorção de 336 kj 1 lig. O quebrada absorção de 461 kj Total de energia absorvida = 4287 = 4287 kj Conclusão: o composto em questão deve ser um éster: C C O O C ou C O O C C O valor = 4287 kj é igual para os dois ésteres porque as ligações rompidas são as mesmas e em igual número. Fazendo-se o cálculo desse Δ pelo mesmo processo usado para o ácido encontramos os valor Δ = 4241 kj. (Resposta) 6. Dados: N 4 O (aq) + Cl (aq) N 4 Cl (aq) + 2 O Δ = 51 kj + (aq) + O (aq) 2 O (l) Δ = 58 kj Calcule o Δ de ionização do N 4 O (aq) e faça o diagrama de entalpia. N 4 O (aq) é uma base fraca e por isso na solução aquosa, a quantidade de íons N 4(aq) + e O (aq) é desprezível. A equação que melhor representa a reação de neutralização é: N 4 O (aq) + + (aq) + Cl (aq) N+ 4(aq) + Cl (aq) + 2 O (l) N 4 O (aq) N + 4(aq) + O (aq) Δ = 51 kj Δ = +(58 51) = +7 kj (Resposta) N + 4(aq) + O (aq) + + (aq) + Cl (aq) ENTALPIA (kj) N 4 O (aq) + + (aq) + Cl (aq) +7 kj 51 kj 58 kj N + 4(aq) + Cl (aq) + 2 O (l) O Δ de ionização do N 4 O é igual a +7 kj/mol e o diagrama de entalpia está representado acima. (Reposta) 7. (IME) A combustão completa de 0,436 g de uma mistura de carvão, na forma alotrópica de grafite e enxofre rômbico, realizada em atmosfera de oxigênio, elevou a temperatura de 2,00 L d'água do calorímetro de 24,67 ºC para 25,40 ºC. Desprezando as perdas de calor para as partes metálicas do calorímetro, determine a percentagem de enxofre na mistura, sabendo que: 47

5 a) a massa específica da água é 1,00 g/cm 3 ; b) o calor específico da água é 1,00 cal/g ºC c) os calores padrões de formação do CO 2 e SO 2 a 25 ºC são: (Δ 0 f ) CO 2 = 94,1 kcal/mol (Δ 0 f ) SO 2 = 71,0 kcal/mol Q = mcδθ = 2,00 kg 1 kcal kg 1 ºC 1 0,73 ºC 1 = 1,46 kcal C gr + O 2(g) CO 2(g) Δ = 94,1 kj S r + O 2(g) SO 2(g) Δ = 71,0 kj x mol de C gr 94,1x kcal y mol de S r 71,0y kcal ,1x + 71,0y = 1,46 (I) m Cgr + m Sr = 12x + 32y = 0,436 Resolvendo: y = 0,0109 mol de S r m Sr = 0, = 0,3488 g m Sr = 0,3488 m Cgr + m Sr 0,436 = 0,80 80% de S r. (Resposta) 8. Dados: (II) CN (aq) + NaO (aq) NaCN (aq) + 2 O (l) + (aq) + O (aq) 2 O (l) Δ = 12 kj Δ = 58 kj Calcule o Δ de ionização do CN (aq) e faça o diagrama de entalpia. A equação que melhor representa a reação de neutralização é: CN (aq) + Na + (aq) + O (aq) Na+ (aq) + CN (aq) + 2 O (l) Δ = 12 kj CN (aq) + (aq) + CN (aq) Δ = +(58 12) = +46 kj (Resposta) + (aq) + CN (aq) + Na+ (aq) + O (aq) ENTALPIA (kj) CN (aq) + Na + (aq) + O (aq) +46 kj 58 kj CN (aq) + Na+ (aq) + 2 O (l) 12 kj 9. A entalpia de neutralização do F (aq) pelo NaO (aq) é igual a 69 kj. Qual o valor da entalpia de ionização do F (aq)? + (aq) + O (aq) 2 O (l) Δ = 58 kj F (aq) + Na + (aq) + O (aq) F (aq) + Na+ (aq) + 2 O (l) Δ = 69 kj 48

6 Como na reação foram liberados mais que 58 kj de energia conclui-se que a ionização do F (aq) liberou energia e a entalpia de ionização do F (aq) é igual a (69 58) = 11kJ F (aq) + (aq) + F (aq) Δ = 11 kj Como regra a entalpia de ionização de eletrólitos fracos é Δ > 0 (a ionização absorve calor). O F (aq) é uma exceção dessa regra. F (aq) + Na + (aq) + O (aq) + (aq) + F (aq) + Na+ (aq) + O (aq) 11 kj ENTALPIA (kj) 58 kj 69 kj F (aq) + Na+ (aq) + 2 O (l) Energia de ionização F (aq) = 11 kcal (Resposta) 10. (ITA-adaptado) A 80 ml de solução aquosa 0,50 molar de ClO 4, acrescenta-se um volume V de uma solução aquosa 1,00 molar de NaO. Tanto a solução do ácido como a base da mistura encontravam-se na temperatura ambiente no ato da mistura. Foram feitas várias experiências com valores distintos de V cobrindo a faixa de 0 a 80 ml. Supondo que as solução de ClO 4 e NaO estejam na temperatura de 25ºC, e que o experimento foi realizado numa garrafa térmica pedem-se: a) A temperatura final quando V NaO = 40 ml b) A temperatura final quando V NaO = 80 ml c) O esboço do gráfico mostrando a variação do calor liberado na reação em função de V NaO. d) O esboço do gráfico mostrando a variação da temperatura na reação em função de V NaO. Dados: calor específico de água = 4,18 J g 1 K 1 densidade da água = 1 g/ml Considere as densidades e os calores específicos das soluções de NaO e ClO 4 iguais aos da água + (aq) + O (aq) 2 O (l) Δ = 58 kj a) NaO (aq) + ClO 4 (aq) NaClO 4 (aq) + 2 O (l) 1 mol 1 mol 1 mol 1 mol Δ = 58 kj Para V NaO = 40 ml e V ClO4 = 80 ml, reagem 0,04 mol de cada reagente e o calor liberado será 0,04 58 = 2,32 kj = 2320 J e o volume da mistura será 120 ml. A elevação da temperatura (Δθ) produzida por 2320 J em 120 ml da solução será: Δθ = Q mc = 2320 J = 4,6K = 4,6ºC 120g 4,18 J g 1 K 1 Temperatura da mistura = ,6 = 29,6 ºC. (Resposta a) 49

7 b) Para V NaO = 80 ml são liberados também 2320 J e o volume da mistura é de 160 ml. Δθ = 2320 J 160g 4,18 J g 1 K 1 = 3,5K = 3,5ºC Temperatura da mistura = ,5 = 28,5 ºC. ((Resposta b)) c) calor liberado (Resposta c) volume de NaO (aq) em ml d) A medida que V NaO varia de 0 a 40 ml a temperatura da mistura aumenta, porque aumenta o calor liberado. A tempartura atinge o valor máximo para V NaO = 40 ml. Para V NaO > 40 ml a temperatura começa a abaixar porque a solução de NaO em excesso que está sendo adicionada está à temperatura mais baixa ,6 28,5 temperatura (ϒC) 25 (Resposta d) volume de NaO (aq) em ml Para V NaO > 40 ml quanto maior for o V NaO a temperatura final está mais próxima da temperatura inicial das soluções de ClO 4 e NaO (25ºC). 11. (ITA) Considere a energia liberada em I. combustão completa (estequiométrica) do octano e em II. célula de combustível de hidrogênio e oxigênio. Assinale a opção que apresenta a razão CORRETA entre a quantidade de energia liberada por átomo de hidrogênio na combustão do octano e na célula de combustível. Dados: Energias de ligação, em kj mol 1 : C C C 413 O 464 C O 803 O O 498 A ( ) 0,280 B ( ) 1,18 C ( ) 2,35 D ( ) 10,5 E ( ) 21,0 (I) C ,5 O 2 8CO O Δ 1 =? Ligações rompidas = 18 (C ) + 7 (C C) + 12,5 (O = 0) Energia absorvida = ,5 498 = kj 50

8 Ligações formadas = 16 (C O) + 18 (O ) Energia liberada = = kj Δ 1 = = 5112 kj Célula combustível: (II) O O Δ 2 =? Ligações rompidas = 2 ( ) + 1 (O O) Energia absorvida = 2(436) + 1(498) = 1370 kj Ligações formadas = 4 (O ) Energia liberada = 4(464) = 1856 kj Δ 2 = = 486 kj (I) Energia liberada por 1 mol de átomos de na combustão de 1 mol de C 8 18 = 5112/18 = 284 kj/mol de (II) Energia liberada por 1 mol de átomos de no processo da célula de combustível = 486/4 = 121,5 kj/mol de Razão I/II = 284/121,5 = 2,35 Resposta c 12. (IME) O valor experimental para o calor liberado na queima de benzeno líquido a 25ºC, com formação de dióxido de carbono e água líquida, é 780 kcal/mol. A combustão é feita em uma bomba calorimétrica a volume constante. Considerando comportamente ideal para os gases formados e R = 2,0 cal/mol K, determine: a) o calor padrão de combustão do benzeno a 25ºC b) se o calor calculado no item anterior é maior ou menor quando a água é formada no estado gasoso. Justifique sua resposta. a) Como a combustão foi feita a volume constante e pressão variável, o calor libertado é o ΔE e não o Δ. C 6 6(l) + 7,5 O 2(g) 6CO 2(g) O (l) ΔE = 780 kcal e V = constante Se a reação for feita a pressão constante haverá uma contração de volume gasoso equivalente a 1,5 mol de gás. gasoso C 6 6(l) + 7,5 O 2(g) 6CO 2(g) O (l) Δ =? 7,5 mol 6 mol P = constante τ = PΔV = ΔnRT Δn = 6 7,5 = 1,5 mol τ = 1,5 mol 2 cal mol 1 K 1 298K = 900 cal = 0,9 kcal Δ = ΔE + τ = 780 0,9 = 780,9 kcal O trabalho realizado na contração de volume é equivalente a 0,9 kcal. Se a combustão for realizada a volume constante (bomba calorimétrica) esse trabalho não será realizado e o calor liberado (ΔE) é igual a 780 kcal. b) Se a água formada na combustão estiver no estado gasoso o calor liberado será menor (em valor absoluto) que 780,9 kcal porque na passagem 2 O (l) 2 há absorção de calor. 13. (FUVEST) Passando acetileno por um tubo de ferro, fortemente aquecido, forma-se benzeno (um trímero do acetileno). Pode-se calcular a variação de entalpia dessa transformação, conhecendo-se as entalpias de combustão completa de acetileno e benzeno gasosos, dando produtos gasosos. Essas entalpias são, respectivamente, 1256 kj/mol de C 2 2 e 3168 kj/mol de C

9 a) Calcule a variação de entalpia, por mol de benzeno, para a transformação de acetileno em benzeno (Δ 1 C 6 6(g) ). O diagrama ao lado mostra as entalpias do benzeno e de seus produtos de combustão, bem como o calor liberado na combustão (Δ 2 2 = 3168 kj/mol ). b) Complete o diagrama ao lado para a transformação de acetileno em 6 CO 2(g) benzeno, considerando o calor envolvido nesse processo (Δ 1 ). Um outro trímero do acetileno é o 1,5-hexadiino. Entretanto, sua formação, a partir do acetileno, não é favorecida. Em módulo, o calor liberado nessa transformação é menor do que o envolvido na formação do benzeno. c) No mesmo diagrama, indique onde se localizaria, aproximadamente, a entalpia do 1,5-hexadiino. d) Indique, no mesmo diagrama, a entalpia de combustão completa (Δ 3 ) do 1,5-hexadiino gasoso, produzindo CO 2 e 2 O gasosos. A entalpia de combustão do 1,5-hexadiino, em módulo e por mol de reagente, é maior ou menor do que a entalpia de combustão do benzeno. a, b) com os dados podemos construir o gráfico abaixo 3 C 2 2(g) + 7,5 O 2(g) C 6 6(g) + 7,5 O 2(g) 3168 kj 3(1256) kj 6 CO 2(g) Δ 1 = [3(1256) 3168] = 600 kj 3C 2 2(g) C 6 6(g) Δ 1 = 600kJ. c, d) O enunciado da questão informa: Δ (3C 2 2 benzeno) > Δ (3C 2 2 1,5-hexadiino). No mesmo gráfico a entalpia do 1,5-hexadiino ficará acima do benzeno. 1 3 C 2 2(g) + 7,5 O 2(g) C 6 6(g) (1,5-hexadiino) + 7,5 O 2(g) 2 C 6 6(g) (benzeno) + 7,5 O 2(g) 3 3(1256) kj ENTALPIA 3168 kj 3 CO 2(g) Lembrando que Entalpia do O 2(g) = 0 1 = 3 Entalpia do C 2 2(g) 2 = Entalpia do C 6 6(g) 1,5-hexadiino 3 = Entalpia do C 6 6(g) benzeno 4 = 3 Entalpia do CO 2(g) + 3 Entalpia do 2 O gráfico mostra que Δ 3 > Δ 2, ou seja, o calor de combustão do 1,5-hexadiino é maior que o do benzeno, em módulo. 52

10 14. (IME/adaptado) Calcule a energia da ressonância do benzeno a partir dos calores de combustão seguintes. 2(g) + 1/2O 2(g) 2 C (grafite) + O 2(g) CO 2(g) Δ = 68 kcal Δ = 94 kcal (l) + 15/2 O 2(g) 6 CO 2(g) O (l) (l) + 9 O 2(g) 6 CO 2(g) O (l) (l) + 17/2 O 2(g) 6 CO 2(g) O (l) Cálculo dos calores de formação do C 6 6, C 6 10 e C C ,5O 2(g) 6CO O Δ = 782 kcal x 0 6( 94) 3( 68) 0 C 6 = +14 kcal 6 C ,5O 2(g) 6CO O y 0 6( 94) 5( 68) Δ = 892 kcal 0 C 6 = 12 kcal 10 C O 2(g) 6CO O Δ = 938 kcal z 0 6( 94) 6( 68) 0 C 6 = 34 kcal Energia de ressonância C k cal ( 22) Energia de ressonância = 66 (34 +14) = 18 kcal/mol Energia de ressonância = 18 kcal/mol 53

11 O gráfico mostra que: é uma transformação exotérmica a Energia de ressonância = 18 kcal (Resposta) 15. (IME) Calcule a mudança de energia interna, em kj, para a reação de formação de dois moles de SOCl 2(g) a partir de S (g), O 2(g) e Cl 2(g) a 298K. Dados: R = 8,3 J mol 1 K 1 = 0,082 atm L mol 1 k 1 Δ 0 f S (g) = 277 kj mol 1 Δ f SOCl 2(g) = 210 kj mol 1 Δ f SOCl 2(g) = calor de formação ou entalpia de formação do SOCl 2(g) (1) S (s) S (g) Δ = 277 kj mol 1 (2) S (s) + 1/2O 2(g) + Cl 2(g) SOCl 2(g) Δ = 210 kj mol 1 2 (1) invertida 2S (g) 2S (s) Δ = 554 kj mol 1 (+) (2) 2 2S (s) + O 2(g) + 2Cl 2(g) 2SOCl 2(g) Δ = 420 kj mol 1 2S (g) + O 2(g) + 2Cl 2(g) 2SOCl 2(g) Δ = 974 kj mol mol de gases 2 mol de gases Variação de entalpia (Δ) é, por definição, o calor liberado ou absorvido num processo realizado à pressão constante. Na reação em questão, realizada à pressão constante, houve uma contração de volume, portanto, houve um trabalho τ realizado. Se essa reação for realizada a volume constante não será realizado esse trabalho e a variação da energia livre (ΔE) seria: ΔE = Δ τ τ = ΔnRT = (2 5) mol 8, kj mol 1 K 1 298K τ = 7,4 kj ΔE = 964 kj ( 7,4) kj = 956,6 kj (Resposta) 16. (IME) Numa experiência realizada em uma bomba calorimétrica foram queimados totalmente 0,6000 g de um alcano. Observou-se no termômetro do calorímetro uma variação de temperatura de 24,00ºC para 27, 52ºC. O equivalente em água do calorímetro é de 2,000 kg. Em seguida, os gases da combustão foram borbulhados numa solução saturada de Ca(O) 2, formando-se um sólido branco que, depois de separado e seco, apresentou uma massa de 4,170 g. Sabendo-se que a solubilidade da substância que constitui o sólido branco é tal que a precipitação é total, determine: a) a fórmula molecular do hidrocarboneto; b) o número de moles do hidrocarboneto queimado; c) o calor molar de combustão do hidrocarboneto; d) o calor da formação do hidrocarboneto, no estado gasoso, em função dos calores de formação dos produtos da combustão; e) o volume que os produtos, admitidos gasosos, ocupariam nas CNTP Dados: entalpias de formação em kcal/mol: CO 2(g) = 94,1 2 = 57,8 Massas molares: CaCO 3 = 100 g/mol 2 O = 18 g/mol 4,170 g a) n CaCO3 = = 0,0417 mol 100 g mol 1 54

12 n CaCO3 = n CO2 = n C = 0,0417 mol m C = 0,0417 mol 12 g mol 1 = 0,5004 g m = 0,6000 g 0,5004 g = 0,0996 g n = 0,0996 mol C 0,0417 0,0996 = C 1 2,388 = C 1 2,388 5 = C 5 11,94 = C 5 12 A fórmula mínima é também a fórmula molecular, pois, não pode existir (C 5 12 )n com n > 1. Não existe polímero de alcano. b) n C5 queimado = 0,6000 g = 0,0083 mol g/mol c) Δθ = 27,52ºC 24,00ºC = 3,52ºC Q = 2,000 kg 1 kcal kg 1 C 1 3,52ºC = 7,04 kcal (0,6000/72) mol C ,04 kcal 1 mol C 5 12 x x = 844,8 kcal/mol d) C 5 12(g) + 8O 2(g) 5CO 2(g) Δ = 844,8 kcal (5 0 CO O ) (0 C O 2 ) = 844,8 kcal [5 ( 94,1) + 6 ( 57,8)] 0 C 5 12 = 844,8 kcal 0 C 5 12 = 27,5 kcal/mol 123 e) 0,00833 mol C 5 12(g) 0, mol de CO 2(g) + 0, mol de 2 n CO2(g) + n 2 O = 11 0,00833 = 0,09163 mol (g) V = 0,09163 mol 22,4 mol/l = 2,05 L (CNTP) 17. (IME) Uma mistura de metano e ar atmosférico, a 298 K e 1 atm, entra em combustão num reservatório adiadibático, consumindo completamente o metano. O processo ocorre a pressão constante e os produtos formados (CO 2, 2 O, N 2 e O 2 ) permanecem em fase gasosa. Calcule a temperatura final do sistema e a concentração molar final de vapor d'água, sabendo-se que a pressão inicial do C 4 é de 1/16 atm e a do ar é de 15/16 atm. Considere o ar atmosférico constituído somente por N 2 e O 2 e o trabalho de expansão desprezível. Dados: constante universal dos gases: R = 0,082 atm L mol 1 K 1 entalpia de formação a 298K: CO 2(g) = 94,050 cal/mol 2 = 57,800 cal/mol C 4(g) = 17,900 cal/mol variação de entalpia (T K ) em cal/mol: T(K) CO 2(g) 2 N 2(g) O 2(g) C 4(g) + 2(O 2 + 4N 2 ) (g) CO 2(g) N 2(g) C 4(g) + 2O 2(g) + 8N 2(g) CO 2(g) N 2(g) n mol 2n mol 8n mol n mol 55

13 Se a proporção em mol de C 4 e ar fosse a estequiométrica n C4 seria 1/11 do total de P C4 seria 1/11 da pressão inicial. Como P C4 inicial é 1/16 atm e P ar inicial é 15/16 atm signifca que na mistura inicial há excesso de ar. Para satisfazer os dados da questão a equação da reação deve ser: C 4(g) + 3O 2(g) + 12N 2(g) CO 2(g) O 2(g) + 12N 2(g) n mol n mol de ar P inicial = 1 atm P C4 = 1/16 atm e P ar = 15/16 atm. Como a reação ocorre em reservatório adiabático, todo o calor liberado na reação é absorvido pelos produtos da reação produzindo a elevação da temperatura no reservatório onde ela ocorre. Os dados da questão não permitem calcular a quantidade em mol de C 4 na mistura inicial porque não foi dado o volume do reservatório. Sabemos apenas que na mistura inicial a proporção em mol é de 1 C 4 : 15(ar). A temperatura final no reservatório não depende das quantidades iniciais de metanoe ar, mas só depende da proporção entre eles. Vamos calcular o Δ da reação a 298K para 1 mol de C 4 e 15 mol de ar. Δ 298K = [ CO O ] [ C ] = ( 57800) ( 17900) 4 Δ 298K = cal/mol de C 4 Esse seria a quantidade de calor liberada à pressão constante. Como a reação é realizada à volume constante o calor liberado é o ΔE. Neste caso porém Δ = ΔE porque na reação não há variação de quantidade em mol de gases. C 4(g) + 3O 2(g) + 12N 2(g) CO 2(g) O 2(g) + 12N 2(g) mol 16 mol Com os dados da questão podemos calcular o calor absorvido pelos 16 mol dos produtos quando a temperatura varia de (298K a 1700K) e de (298K a 2000K). 1CO 2(g) N 2(g) 1 O 2(g) Total 298K 1700K (13740) 12(10860) cal 298K 2000K (17260) 12(13420) cal Se o calor liberado na reação fosse igual a cal a temperatura final seria 1700K e se fosse cal seria de 2000K. Como na reação foram liberados cal: 123 ( ) = 300K ( ) = cal ΔTK ( ) = 4900 cal ΔT = = 33K temperatura final = 1733K (Resposta) Vejamos agora a [ 2 ] final na mistura em mol/l. Para 16n mol da mistura final temos n mol de CO 2(g), 2n mol de 2 12n mol de N 2(g) e n mol de O 2(g). Cálculo de P a 1733K = P P = 5,82 atm 1733 Volume de 16n mol da mistura = 16n R T P [ 2 ] = 2n mol 390 nl = 5, mol/l (Resposta) = 16n 0, ,82 = 390 nl 56

14 18. Dado o ciclo de Born-aber, esquematizado abaixo: Na + (g) + e + Cl (g) Temperatura = 25ϒC Pressão = 1 atm ENTALPIA (kcal) Na (s) + Na (g) + 1 Cl 2 2(g) 1 2 Cl 2(g) Na (g) + Cl (g) Na + (g) + Cl (g) NaCl (s) É correto afirmar: 1) A entalpia da ligação de Cl Cl é igual a + 28,9 kcal mol 1. 2) A transferência de um elétron de um orbital 3s do átomo de sódio no estado gasoso para um orbital 3p do átomo de cloro no estado gasoso libera energia. 3) A sublimação de 23 g de sódio metálico consome 26,0 kcal. 4) Δ 3 é a primeira energia de ionização do sódio. 5) A variação da entalpia envolvida na transformação de 1 mol de átomos de cloro no estado gasoso em um mol de íons de cloreto no estado gasoso é dada por Δ 4 Dados: massas molares: 11 Na = 23 g/mol; 17 Cl = 35,5 g/mol 1) Incorreto O gráfico mostra que: Na (g) + 1/2Cl 2(g) Na (g) + Cl (g) 1/2Cl 2(g) Cl (g) Cl 2(g) 2Cl (g) Entalpia de ligação Cl Cl = +57,8 kcal Δ 2 = +28,9 kcal Δ 2 = +28,9 kcal Δ 2 = +57,8 kcal 2) Incorreto 11 Na (g) + 17 Cl (g) 11 Na + (g) + 17 Cl (g) Δ = +118 kcal 87,3 = +30,7 kcal reação endotérmica (absorve energia) A passagem do elétron do átomo de Na para o átomo de Cl absorve energia. 3) Correto O gráfico mostra que: Na (s) + 1/2Cl 2(g) Na (g) + 1/2Cl 2(g) Na (s) Na (g) 4) Correto O gráfico mostra que: Na (g) + Cl (g) Na + (g) + e + Cl (g) Na (g) Na + (g) + e Δ 1 = +26 kcal Δ 1 = +26 kcal Δ 3 = +118 kcal Δ 3 = +118 kcal 57

15 5) Correto O gráfico mostra que: Na + (g) + e + Cl (g) Na + (g) + e + Cl (g) Δ 4 e + Cl (g) Cl (g) Δ 4 = 87,3 kcal = 87,3 kcal 19. Com relação às informações fornecidas no ciclo de Born-aber, é correto afimar: 1) No diagrama estão representados os processos de quebra ou de formação de pelo menos três tipos de ligações químicas: covalente, iônica e metálica. 2) Δ 6 = Δ 1 + Δ 2 + Δ 3 + Δ 4 + Δ 5 3) A energia necessária para formar 1 mol de íons de cloreto e 1 mol de íons de sódio, ambos no estado gasoso, a partir de 1 mol de cloreto de sódio sólido, é igual a +183,8 kcal. 4) A variação da entalpia da reação NaCl (s) Na (s) + 1/2Cl 2(g), é igual a 98,2 kcal. 5) A formação de 1 mol de íons de sódio e 1 mol de íons de cloreto, ambos no estado gasoso, a partir de sódio metálico e gás cloro, é um processo exotérmico. 1) Correto 1/2Cl 2(g) Cl (g) quebra de ligação covalente Cl Cl Na (s) Na (g) quebra de ligação metálica. Na + (g) + Cl (g) NaCl (g) formação de ligação iônica 2) Correto Δ 6 = 26,0 + 28, ,0 87,3 183,8 = 98,2 kcal O gráfico mostra que Δ 6 + Δ 1 + Δ 2 + Δ 3 = Δ 5 + Δ 6 98,2 + 26,0 + 28, ,0 = 87, ,8 271,1 = 271,1 3) Correto O gráfico mostra que: NaCl (s) Na + (g) + Cl (g) Δ = +183,8 kcal energia reticular 4) Correto Δ 6 = 98,2 kcal (já justificado) 5) Incorreto O gráfico mostra que: Na (s) + 1/2Cl 2(g) Na + (g) + Cl (g) Δ = 26,0 +28, ,0 87,3 = +85,6 kcal processo endotérmico 20. (UnB-DF) Os foguetes são projéteis impulsionados pela ejeção de gases quentes através de um bocal. Os gases quentes provêm de uma reação entre uma substância combustível e uma substância oxidante. O módulo de descida na Lua, da missão Apollo, utilizou um sistema que envolvia a reação representada pela seguinte equação para a produção dos gases quentes: N 2 O 4(l) + 2N 2 4(l) 3N 2(g) Com base nessas informações e considerando que o Δ da referida reação é igual a 2000 kj, julgue os intens que seguem. 1) A energia dos produtos é menor que a energia dos reagentes. 2) Nessa equação, a substância N 2 4 é o oxidante. 58

16 3) O valor de Δ da reação pode ser calculado pela expressão Δ = [(N 2 O 4 ) + 2(N 2 4 )] [3(N 2 ) + 4( 2 O)] (*) 4) No módulo de descida na Lua, o combustível e o oxidante estavam no estado sólido. (*) no item (3) todos representam entalpia. Item 1. Correto. Como a reação é exotérmica (Δ = 2000 kj) a energia dos produtos é menor que a dos reagentes. Item 2. Incorreto. oxidação N 2 O 4 + 2N 2 4 3N O redução N 2 O 4 é o oxidante e N 2 4 é o redutor. Item 3. Incorreto Δ = [3 N O ] [ N 2 O N2 4 ] ( é entalpia) Item 4. Incorreto. A equação da reação dada no enunciado da questão mostra que o oxidante (N 2 O 4 ) e o combustível (N 2 4 ) estão no estado líquido (l) 21. (IME) Uma mistura de metano e etileno foi queimada em um recipiente, com volume constante de 3,0 litros, em presença de excesso de oxigênio, saturado em vapor d'água, de forma a que fosse obtida a combustão completa e para garantir que a água formada ficasse no estado líquido. A combustão foi realizada a 25 C, liberando 242,7 kcal, registrando-se uma redução na pressão de 16,3 atm. Determine: o número de moles de metano e etileno presentes na mistura inicial. Dados: Entalpia de formação ( 0 f ) 2 O (líquida) = 68,3 kcal/mol CO 2(gasoso) = 94,1 kcal/mol C 4(gasoso) = 17,9 kcal/mol C 2 4(gasoso) = +12,5 kcal/mol R = 0,082 L atm mol 1 K 1 = 2 cal mol 1 K 1 Resolução C 4(g) + 2O 2(g) CO 2(g) O (l) Δ 1 1 mol 2 mol 1 mol x mol 2x mol x mol C 2 4(g) + 3O 2(g) 2CO 2(g) O (l) Δ 2 1 mol 3 mol 2 mol y mol 3y mol 2y mol Δ 1 = [( 94,1) + 2( 68,3)] [ 17,9 + 0] = 212,8 kcal/mol de C 4 Δ 2 = [2( 94,1) + 2( 68,3)] [ 12,5 + 0] = 337,3 kcal/mol de C 2 4 Como a reação foi realizada a volume constante precisamos calcular os respectivos ΔE. ΔE 1 = Δ 1 τ 1 τ 1 = Δn 1 RT = (1 3) cal = 1,2 kcal ΔE 1 = 212,8 ( 1,2) = 211,6 kcal/mol de C 4 ΔE 2 = Δ 2 τ 2 τ 2 = (2 4) cal = 1,2 kcal ΔE 2 = 337,3 ( 1,2) = 336,1 kcal/mol de C

17 x mol de C 4 211,6x kcal y mol de C ,1y kcal ,6x + 336,1y = 242,7 Δn = PV RT = 16,3 atm 3,0 L 0,082 atm L K 1 mol K = 2 mol Δn = [(3x + 4y) (x + 2y)] 2 = 2x + 2y x + y = 1 Resolvendo o sistema de equação: x = 0,75 0,75 mol de C 4 y = 0,25 0,25 mol de C Resposta 60