EB: QUÍMICA GERAL/ EQB: QUÍMICA GERAL I

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1 EB: QUÍMICA GERAL/ EQB: QUÍMICA GERAL I Capítulo 6. Termoquímica Ficha de exercícios 1. Uma amostra de azoto gasoso expande-se do seu volume inicial de 1.6 L para 5.4 L, a temperatura constante. Calcule o trabalho realizado em joules se o gás se expandir (a) contra o vácuo, (b) contra uma pressão constante de 0.80 atm e (c) contra uma pressão constante de 3.7 atm. 2. Um gás com o volume inicial de 26.7 ml expande-se até 89.3 ml, a temperatura constante. Calcule o trabalho realizado (em joules) se o gás se expandir (a) contra o vácuo, (b) contra uma pressão constante de 1.5 atm e (c) contra uma pressão constante de 2.8 atm. 3. Um gás expande-se e realiza o trabalho P-V de 325 J sobre a vizinhança. Simultaneamente, absorve 127 J de calor da vizinhança. Calcule a variação de energia do gás. 4. O trabalho efectuado para comprimir um gás é 74 J. Em consequência, 26 J do calor são libertados para a vizinhança. Calcule a variação de energia do gás. 5. Calcule o trabalho realizado quando se dissolvem 50.0 g de estanho num excesso de ácido a 1.00 atm e 25 ºC (Admita comportamento ideal): Sn (s) + 2H + (aq) Sn 2+ (aq) + H 2 (g) 6. Calcule o trabalho realizado, em joules, quando 1.0 mole de água se vaporiza a 1.0 atm e 100 ºC. Admita que o volume de água é desprezável comparado com o do vapor a 100 ºC e que o gás se comporta como um gás ideal. 7. O primeiro passo na recuperação industrial do zinco a partir do minério de sulfureto de zinco é a calcinação, isto é, a conversão de ZnS em ZnO por aquecimento: 2ZnS (s) + 3O 2 (g) 2ZnO (s) + 2SO 2 (g) Hº = -879 kj/mol Calcule o calor libertado (em kj) por grama de ZnS calcinado. 8. Considere a reacção H 2 (g) + Cl 2 (g) 2HCl (g) H = kj/mol Se 3 moles de H 2 reagirem com 3 moles de Cl 2 para formar HCl, calcule o trabalho realizado (em joules) contra a pressão de 1.0 atm, a 25 ºC. Qual é o valor de E para esta reacção? Admita que a reacção é completa. 9. Um fragmento de prata com a massa de 362 g tem uma capacidade calorífica de 85.7 J/ºC. Qual é o calor específico da prata? 10. Um pedaço de cobre metálico com a massa de 6.22 kg é aquecido de 20.5 ºC até ºC. Calcule o calor (em kj) absorvido pelo metal. (c Cu = J/(gºC)) 1/5

2 11. Calcule a quantidade de calor libertado (em kj) quando 366 g de mercúrio arrefecem de 77.0 ºC para 12.0 ºC. (c Mg = J/(gºC)) 12. Coloca-se uma folha de ouro com 10.0 g e à temperatura de 18.0 ºC sobre uma folha de ferro com 20.0 g e à temperatura de 55.6 ºC. Qual é a temperatura final dos dois metais combinados? Admita que não há perdas de calor para a vizinhança. (Sugestão: o calor absorvido pelo ouro deve ser igual ao calor perdido pelo ferro. Calores específicos: c(au) = J/(g.ºC) ; c(fe) = J/(g.ºC). 13. Faz-se a combustão de uma amostra de g de magnésio sólido num calorímetro de bomba a volume constante que tem uma capacidade calorífica de 3024 J/ºC. A temperatura aumenta de ºC. Calcule o calor libertado na combustão do Mg, em kj/g e em kj/mol. O calorímetro contém 300 g de água. (c H2O = J/(gºC)) 14. Misturam-se 2.0 x 10 2 ml de HCl M com 2.00 x 10 2 ml de Ba(OH) M, num calorímetro a pressão constante, com capacidade calorífica desprezável. A temperatura inicial das soluções de HCl e Ba(OH) 2 é ºC. Sabendo que o calor de neutralização do processo H + (aq) + OH - (aq) H 2 O (l) é kj/mol, qual é a temperatura final da mistura das duas soluções? 15. Qual das seguintes entalpias de formação padrão é diferente de zero, a 25ºC? Na (s), Ne(g), CH 4 (g), S 8 (s), Hg (l), H (g). 16. Os valores de Hº f dos alótropos de oxigénio O 2 e O 3 são 0 e kj/mol, a 25 ºC, respectivamente. Qual é a forma mais estável a esta temperatura? 17. Qual é a maior quantidade negativa a 25 ºC: Hº f para H 2 O (l) ou Hº f para H 2 O (g)? 18. Indique se o valor de Hº f é maior, menor ou igual a zero para estes elementos, à temperatura de 25 ºC: (a) Br 2 (g), Br 2 (l) (b) I 2 (g), I 2 (s). 19. Os compostos com valores de Hº f negativos são, em geral, mais estáveis do que os que têm valores de Hº f positivos. O valor de Hº f do H 2 O 2 (l) é negativo, qual será então a razão que leva o H 2 O 2 (l) a ter tendência para se decompor em H 2 O (l) e O 2 (g)? 20. Indique como poderia medir os valores de Hº f de Ag 2 O (s) e CaCl 2 (s) a partir dos seus elementos, indicando as equações apropriadas. 21. Calcule o calor de decomposição para o seguinte processo, a pressão constante e a uma temperatura de 25 ºC: (Consultar uma tabela para obter os Hº f de produtos e reagentes) CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g) 22. As entalpias padrão de formação dos iões em soluções aquosas são obtidas arbitrariamente, atribuindo o valor zero aos iões H +, isto é, Hº f [H + (aq)] = 0. (a) Calcule o valor de Hº f dos iões Cl - na seguinte reacção: HCl (g) H + (aq) + Cl - (aq) Hº f = kj/mol; Hº f (HCl) = kj/mol (b) Sabendo que Hº f para os iões OH - é de kj/mol, calcule a entalpia de neutralização quando se titula 1 mole de um ácido forte monoprótico (tal como o HCl) com 1 mole de uma base forte (tal como o KOH) a 25 ºC. ( Hº f (H 2 O(l) = kj/mol) 2/5

3 23. Calcule os calores das seguintes reacções de combustão, a partir das entalpias de formação padrão apresentadas no apêndice 3 do Chang: (a) 2H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O (l) (b) 2C 2 H 2 (g) + 5O 2 (g) 4CO 2 (g) + 2H 2 O (l) 24. Calcule os calores das seguintes reacções de combustão, a partir das entalpias de formação padrão apresentadas no apêndice 3 do Chang: (a) C 2 H 4 (g) + 3O 2 (g) 3CO 2 (g) + 2H 2 O (l) (b) 2H 2 S (g) + 3O 2 (g) 2H 2 O (l) + 2SO 2 (g) 25. Metanol, etanol e n-propanol são três álcoois comuns. Quando se faz a combustão em ar de 1.00 g de cada um destes álcoois, liberta-se calor, como se mostra pelos seguintes dados: (a) metanol (CH 3 OH): kj; (b) etanol (C 2 H 5 OH): kj; (c) n-propanol (C 3 H 7 OH): kj. Calcule o calor de combustão de cada um destes álcoois em kj/mol. 26. A variação de entalpia para a reacção padrão H 2 (g) H (g) + H (g) é kj. Calcule a entalpia de formação padrão do hidrogénio atómico (H). 27. A partir das entalpias de formação padrão, calcule o Hº reac da reacção Para C 6 H 12 (l), Hº f = kj/mol. C 6 H 12 (l) + 9O 2 (g) 6CO 2 (g) + 6H 2 O (l) 28. Qual é a quantidade de calor libertada (em kj) quando se produzem 1.26 x 10 4 g de amoníaco, de acordo com a seguinte equação N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) Hº reac = kj/mol Admita que a reacção se dá em condições padrão à temperatura de 25 ºC. 29. A 850 ºC, CaCO 3 sofre uma decomposição substancial para dar CaO e CO 2. Admitindo que os valores de Hº f dos reagentes e dos produtos a 850 ºC são os mesmos que a 25 ºC, calcule a variação de entalpia (em kj) se forem produzidos 66.8 g de CO 2 numa reacção. 30. A partir dos seguintes dados: S (ortorrômbico) + O 2 (g) SO 2 (g) S (monoclínico) + O 2 (g) SO 2 (g) Hº reac = kj/mol Hº reac = kj/mol Calcule a variação da entalpia da transformação: S (ortorrômbico) S (monoclínico). (Monoclínico e ortorrômbico são duas formas alotrópicas diferentes de enxofre elementar) 31. A partir dos seguintes dados: C (grafite) + O 2 (g) CO 2 (g) H 2 (g) + ½O 2 (g) H 2 O (l) 2C 2 H 6 (g) + 7O 2 (g) 4CO 2 (g) + 6H 2 O (l) Hº reac = kj/mol Hº reac = kj/mol Hº reac = kj/mol Calcule a variação da entalpia da reacção: 2C (grafite) + 3H 2 (g) C 2 H 6 (g) 3/5

4 32. A partir dos seguintes calores de combustão: CH 3 OH (l) + 3/2O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O (l) C (grafite) + O 2 (g) CO 2 (g) H 2 (g) + ½O 2 (g) H 2 O (l) Hº reac = kj/mol Hº reac = kj/mol Hº reac = kj/mol Calcule a entalpia de formação do metanol a partir dos seus elementos: C (grafite) + 2H 2 (g) + ½O 2 (g) CH 3 OH (l) 33. Calcule a variação de entalpia da reacção padrão Sabendo que 2Al (s) + Fe 2 O 3 (s) 2Fe (s) + Al 2 O 3 (s) 2Al (s) + 3/2O 2 (g) Al 2 O 3 (s) 2Fe (s) + 3/2O 2 (g) Fe 2 O 3 (s) Hº reac = kj/mol Hº reac = -821 kj/mol 34. Considere as duas reacções seguintes: A 2B Hº reac = H 1 A C Hº reac = H 2 Calcule a variação de entalpia para o processo 2B C 35. A variação da entalpia padrão Hº para a decomposição térmica do nitrato de prata, de acordo com a equação seguinte é kj. AgNO 3 (s) AgNO 2 (s) + ½O 2 (g) A entalpia de formação padrão do AgNO 3 (s) é kj/mol. Calcule a entalpia de formação padrão de AgNO 2 (s). 36. A hidrazina (N 2 H 4 ) decompõe-se de acordo com a seguinte equação: 3N 2 H 4 (l) 4NH 3 (g) + N 2 (g) (a) Sabendo que a entalpia de formação padrão da hidrazina é kj/mol, calcule Hº para a sua decomposição. (b) A combustão em oxigénio, quer da hidrazina quer do amoníaco, produz H 2 O (l) e N 2 (g) Escreva as equações acertadas para cada um destes processos e calcule Hº para cada um deles. Em termos mássicos (por kg), qual dos dois compostos, hidrazina ou amoníaco, seria o melhor combustível? 37. Considere a reacção N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) Hº = kj/mol Se 2.0 moles de N 2 reagirem com 6.0 moles de H 2 para formar NH 3, calcule o trabalho efectuado (em joules) contra a pressão de 1.0 atm, a 25 ºC. Qual é o valor de E para esta reacção? Admita que a reacção é completa. 38. Calcule o calor libertado quando 2.00 L de Cl 2 (g) com uma massa volúmica de 1.88 g/l reagem com sódio em excesso a 25 ºC e 1 atm para formar cloreto de sódio. 4/5

5 39. A fotossíntese produz glucose (C 6 H 12 O 6 ) e oxigénio a partir do dióxido de carbono e água: 6CO 2 + 6H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6O 2 (a) Como determinaria experimentalmente o valor de Hº reac para esta reacção? (b) A radiação solar produz cerca de 7.0 x kg de glucose por ano na Terra. Qual é o valor de Hº correspondente? 40. Uma amostra de 2.10 moles de ácido acético cristalino, inicialmente a 17.0 ºC, funde a esta temperatura e depois é aquecida até ºC (a sua temperatura de ebulição normal) a 1.00 atm. A amostra vaporiza a ºC e depois é arrefecida rapidamente até 17.0 ºC, tornando a formar o sólido cristalino. Calcule Hº para o processo global descrito. 5/5

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