Universidade Federal do Acre Engenharia Agronômica PET- Programa de Ensino Tutorial. Termoquímica

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1 Universidade Federal do Acre Engenharia Agronômica PET- Programa de Ensino Tutorial Termoquímica Bolsista: Joyce de Q. Barbosa Tutor: Dr. José Ribamar Silva

2 Termodinâmica

3 Conceitos Básicos

4 Termoquímica Conceito As transformações termoquímicas: Transformações endotérmicas: C (s) + 2 S (s) + 79,5 kj CS 2(l)

5 Transformações exotérmicas: 1 C 2 H 6 O (l) + 3 O 2(g) 2 CO 2(g) + 3 H 2 O (g) kj 2 6 (l) 2(g) 2(g) 2 (g) Entalpia(H) Conceito

6 Reação exotérmica: libera calor A + B C + D + calor H i H f H H i < H f +H=H f - H i +H<0 Reação endotérmica: absorve calor A + B + calor C + D H i H H f H f > H i +H=H f -H i +H> 0

7 Diagramas de Entalpia Entalpia Entalpia Caminho da reação Processo exotérmico Caminho da reação Processo endotérmico

8 +H nas mudanças de estado físico: +H H > 0 Sublimação Fusão Vaporização +H H > 0 +H H > 0 Sólido Líquido Gasoso +H H < 0 Solidificação Sublimação +H H < 0 +H H < 0 Liquefação

9 Equação Termoquímica Inclui: Reagentes, produtos e coeficientes, Estado Físico; Condições de P e T; H. Ex 1. 2 H 2(g) + O 2(g) 2 H 2 O (l) +H = KJ (25 0 C e 1 atm) +H H varia com os coeficientes da equação; Ex 2. 4 H 2(g) + 2 O 2(g) 4 H 2 O (l) +H = 2 (-547) kj

10 Quando a unidade do +H H for kj/mol: Refere-se a qualquer substância da equação termoquímica que possua coeficiente igual a 1. 1 CH 4(g) + 2 O 2(g) 1 CO 2(g) + 2 H 2 O (l) +H H = kj Interpretação: Processo libera 890 kj/mol de CH 4(g) que reage ou por mol de CO 2 formado. Relação: 1 Kcal = 4,18 kj

11 Tipos Principais de Entalpia (H) Entalpia de Formação Entalpia das substâncias cálculo do +H de uma reação; Não pode ser medida experimentalmente; Variação de Entalpia : medida em calorímetro; +H= H f - H i Estado de Referência (Entalpia Zero): Substâncias simples no estado mais estável e em condições ambientes (25 0 C, 1 atm). Ex 3. H 2 H = zero O 2 H = zero

12 Produção de 1 mol de H 2 O a partir de substâncias simples no estado padrão. H 2(g) + ½ O 2(g) H 2 O (l) +H = kj/mol H = 0 H = 0 H =? experimentalmente Qual a entalpia de formação de 1 mol de H 2 O (l)? H 2(g) + ½ O 2(g) H = kj/mol H 2 O (l) H = H f - H i = H f - (0) H f = kj/mol (calor de formação)

13 Entalpia de Formação: Calor liberado ou absorvido para formar 1 mol de substância composta a partir de uma substância simples em estado padrão. Entalpia de uma substância composta é numericamente igual a sua entalpia de formação. Entalpia de Combustão: Combustão: queima de uma substância; exotérmica; reação com O 2 e rápida; combustível + comburente.

14 Ex. Substância X + O 2 Substância Y + Calor Equação de combustão: Ex. H 2(g) + ½ O 2(g) H 2 O (l) +H H = kj/mol (l) A reação mostra Formação de 1 mol de H 2 O (l) ou Combustão de 1 mol de H 2(g) +H H de formação de H 2 O (l) =+H de combustão de H 2(g) (l) 2(g)

15 Exercícios: Entalpia de formação e combustão Qual o H da reação de transformação de NO 2(g) em N 2 O 4(g)? Dados: Substâncias Entalpias (kj/mol) NO 2(g) + 34 N 2 O 4(g) + 10 Balancear a equação: 2 NO 2(g) N 2 O 4(g) 2 mols 1mol 2(+34) 1(10) H = H = - 58 kj/mol

16 Determine a entalpia da reação de combustão do propano (C 3 H 8 ). Dados: Entalpia de formação Substâncias (kj/mol) C 3 H 8(g) -104 O 2(g) zero CO 2(g) -394 H 2 O (l) - 286

17 Equação Balanceada: 1 C 3 H 8(g) (l) 3 CO 2(g) + 4 H 2 O (l) 2(g) 1 mol 5 mols 3 mols 4 mols 1 (- 104) 5 (0) 3 (- 394) 4 (- 286) (l) H r = H p = H = H p H r ou H = H f - H i H = (- 104) H reação = reação Entalpia de Combustão do propano = kj/mol

18 Exercício Assinale a alternativa correta: 1) Dada a reação: Fe 2 O 3(s) 3(s) + 3 C (s) + 491,5 kj 2 Fe (s) (s) (s) + 3 CO (g) a) É uma reação endotérmica. b) É uma reação exotérmica. c) É necessário 1 mol de Carbono para cada mol de óxido férrico. d) E energia absorvida na tranformação de 2 mols de Fe 2 O 3 é de 491,5 kj. (g)

19 Exercício 2) O mercúrio pode ser obtido pela reação do sulfeto de mercúrio com o oxigênio do ar. HgS + O 2 Hg + SO 2 H = -238 kj/mol a) A entalpia do produto é maior ou menor a do reagente? Por que? b) Qual o calor liberado na formação de 4 g de mercúrio? Dado: Hg = 200 g/mol 200 g kj 4 g x kj i x = 4,76 kj

20 Exercício 3) Dada a reação (Ozonizadores Caseiros): 3 O 2 2 O 3 H = + 66 kcal a) Esse processo absorve ou libera calor? b) Qual o valor de H para a formação de 1,0 mol de ozônio? c) Qual o valor de H para a transformação de 16 g de gás oxigênio? Dado: Massa Molar e O 2 = 32 g/mol.

21 3 O 2 i 2 O 3 H = + 66 kcal a) Absorção de Calor. b) 2 mols de O kcal 1 mol de O x kcal i x = 33 kcal c) 3 mols de O kcal 3 x 32 g O kcal 16 g O y kcal i y = 11 kcal

22 A Lei de Hess e o +H das reações Princípio H = H 1 + H 2 + H 3 Entalpia H f H 3 H 2 H i H 1 Caminho da reação

23 Ex1.Calcular o H da tranformação: C grafite C diamante a partir das seguintes reações: I) C grafite + O 2(g) CO 2(g) H = kj II) C diamante + O 2(g) CO 2(g) H = kj Conservamos intacta a equação I: C grafite + O 2(g) CO 2(g) H = kj Invertemos a equação II: CO 2(g) C diamante + O 2(g) H = kj

24 Soma algébrica das equações: C grafite + O 2(g) CO 2(g) H = kj CO 2 C diamante + O 2 H = kj C grafite C diamante H =? Pela Lei de Hess: +H=+H 1 + +H 2 = (- 394) + (+396)= +2 kj Logo, a transformação de 1 mol de grafite em diamante é endotérmica e absorve 2 KJ de energia.

25 Ex 2.Calcular o H da síntese do diborano a partir dos elementos químicos, de acordo com a equação abaixo: Dados: 2B (s) + 3H 2(g) B 2 H 6(g) I) 2B (s) + 3/2O 2(g) B 2 O 3(s) H = kj II) B 2 H 6(g) + 3 O 2(g) B 2 O 3(s) + 3H 2 O (g) H = kj III) H 2(g) + 1/2 O 2(g) H 2 O (s) H = kj Conservar intacta a equação I. Inverter a equação II. Multiplicar a equação III por 3.

26 Soma algébrica das equações: 2B (s) + 3/2 O 2(g) B 2 O 3(s) H = kj B 2 O 3(s) + 3H 2 O (g) B 2 H 6(s) + 3O 2(g) H = kj 3H 2(g) + 3/2 O 2(g) 3H 2 O (s) H = 3(- 242 ) kj 2B (s) + 3H 2(g) B 2 H 6(g) H =? Pela lei de Hess: H = H 1 + H 2 + H 3 H = (-1273) + (2035) + 3(-242) H= + 36 kj Portanto, a síntese é endotérmica e absorve 36 kj/mol de B 2 H 6(g) formado.

27 Exercício Dadas as equações termoquímicas I - Pb (s) + Cl 2(g) PbCl 2(s) H f = - 359,4 kj II- Pb (s) + 2Cl 2(g) PbCl 4(g) H f = - 329,3 kj Para a reação: PbCl 2(s) + Cl 2(g) PbCl 4(g), qual a variação de entalpia H? a) + 30,1 kj b) -30,1 kj c) kj d) -688,7 kj e) -60,2 kj

28 Exercício Dadas as equações termoquímicas I - S rômbico + O 2(g) SO 2(g) H f = - 296,8 kj/mol II- S monoclínico + O 2(g) SO 2(g) H f = - 297,2 kj/mol Det ermine o H : S rômbico S monoclínico Assinale a alternativa que indica o calor envolvido na formação de 6,4 g de S monoclínico a partir da forma rômbica. (S = 32) a) 0,08 kj b) + 0,08 kj c) - 0,4 kj d) + 0,4 kj e) kj

29 Considerações Finais As transformações químicas ocorrem com absorção ou liberação de calor; Reações endotérmicas; Reações exotérmicas; Entalpia; Estado Padrão e entalpia de formação e de combustão; Aplicação da Lei de Hess.

30 Obrigado pela atenção! Ribamar e Joyce

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