a) C 3 H 8 (g) 3C graf. + 4 H 2(g) C 3 H 8(g) b) C 2 H 6 O(l) 2C graf. + 3 H 2(g) + 1/2 O 2(g) C 2 H 6 O (l) c) Na 2 SO 4 (s)

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1 setor Aula 3 TERMOQUÍMICA. ENTALPIA DE FORMAÇÃO Estado Padrão = Estado físico e alotrópico mais estáveis em condição ambiente (5 C, atm). Substâncias Simples no Estado Padrão H FORM H FORM = Calor de Formação; Entalpia de Formação. Convenção: Substâncias simples no estado padrão possuem entalpia zero. H 0 Entalpia MOL de Substância Composta O 3(g) C Diam S MON 3. Por convenção, substâncias simples no estado padrão apresentam entalpia zero. 4. Calor de formação ou entalpia de formação ou H formação é a variação de entalpia na formação de mol de substância composta a partir de substância simples no estado padrão. 5. Escreva as equações correspondentes à entalpia de formação de: a) C 3 H 8 (g) 3C graf. + 4 H (g) C 3 H 8(g) b) C H 6 O(l) C graf. + 3 H (g) + / O (g) C H 6 O (l) Zero O (g) C graf S ROMB c) Na SO 4 (s) Na (s) + S rômb. + O (g) Na SO 4(s) A entalpia de mol de uma substância composta é numericamente igual ao seu Calor de Formação.. Substâncias simples são constituídas por um único elemento. No estado padrão (estado mais estável a 5 C, atm), teremos: Elemento Químico Hidrogênio Oxigênio Carbono Enxofre Sódio Alumínio Mercúrio Substância Simples H (g) O (g) C graf. S rômbico Na (s) Al (s) Hg (l). d) HNO 3 (l) / H (g) + / N (g) + 3/ O (g) HNO 3(l) 6. No diagrama a) o ponto B vale zero kcal. b) o ponto A vale + 9 kcal. c) este H é numericamente igual à entalpia de mol de CS (l). A B Entalpia CS (l) certo errado C graf + S romb H = + 9 kcal ALFA ANGLO VESTIBULARES

2 7. No diagrama H(kcal) C grafite + O (g) A d) A entalpia padrão do CO (g), isto é, a entalpia do CO (g) a 5 C e atm, é numericamente igual ao seu Calor de Formação (5 C, atm). certo errado H = 94 kcal B CO (g) Livro Unidade I (Cap. ) a) A energia (entalpia) do ponto A, por convenção, vale zero. b) A energia (entalpia) do ponto B vale 94kcal. c) A entalpia de um mol de CO (g) vale 94kcal. Resolva os exercícios 9 e 0, série. Resolva os exercícios e, série. Aula 3 TERMOQUÍMICA. ENTALPIA DE COMBUSTÃO Entalpia de Combustão ou Calor de Combustão é a variação de entalpia ( H) da combustão completa de mol de combustível, estando todos os reagentes e produtos no estado padrão.. Escreva as equações termoquímicas correspondentes à entalpia de combustão de: a) H (g) H (g) + / O (g) H O (l) b) C graf Qual dos dois combustíveis libertaria maior quantidade de calor por grama? (C =, H = ) g ( 68) kcal H g x x = 34 kcal 6 g libera 3 CH 4 g libera y y = 3,3 kcal Resposta: H 3 3 C graf. + O (g) CO (g) c) C 3 H 8 (g) C 3 H 8(g) + 5 O (g) 3CO (g) + 4 H O (l) d) C 4 H 8 O (l) C 4 H 8 O (l) + 5 O (g) 4CO (g) + 4 H O (l). O calor de combustão de mol de H (g) é numericamente igual ao calor de formação de H O(l). certo errado 3. Dado: Calor de combustão de H (g) = 68 kcal/mol Calor de combustão de CH 4 (g) = 3 kcal/mol Livro Unidade I (Cap. ) Resolva os exercícios 4 e 7, série. Resolva os exercícios 8 a 0, série. ALFA ANGLO VESTIBULARES

3 Aula 33 CÁLCULO DE H DE REAÇÃO ATRAVÉS DE ENTALPIAS DE FORMAÇÃO + x H(kcal ou kj) SUBSTÂNCIA COMPOSTA ( MOL) H = H final H inicial H = [+ 0] [(+ 34)] H = 58 kj zero SUBSTÂNCIA SIMPLES (ESTADO PADRÃO) H FORM. = + x H FORM. = y. O valor do H de uma equação termoquímica corresponde automaticamente às quantidades de mols indicadas pelos coeficientes da respectiva equação. Portanto, com relação à questão anterior, qual o valor de H em kj por mol de NO que dimeriza? y LEI DE HESS E ENTALPIAS DE FORMAÇÃO aa + bb cc + dd H =? ah A bh 443 B ch C dh 443 D H INICIAL H FINAL H = H FINAL H INICIAL. Denomina-se dimerização ao processo no qual duas moléculas iguais reunem-se para formar uma única estrutura. Exemplo: NO (g) N O 4 (g) Determine o valor de H da dimerização acima, sendo dadas: Entalpia de NO (g) = +34 kj/mol Entalpia de N O 4 (g) = +0 kj/mol NO (g) N O 4 (g) H =? mol mol (+ 34) (+ 0) 3 3 H inicial H final SUBSTÂNCIA COMPOSTA ( MOL) A entalpia (H) de,0 mol de uma substância composta é numericamente igual ao respectivo Calor de Formação. São expressões sinônimas: ENTALPIA DA SUBSTÂNCIA X ENTALPIA DE FORMAÇÃO DA SUBSTÂNCIA X CALOR DE FORMAÇÃO DA SUBSTÂNCIA X NO N O 4 H = 58 kj mol mol (por mol de N O 4 ) NO N O 4 H = 58/ kj (por mol de NO ) mol mol 3. Determine a entalpia de combustão do etanol, em kcal/mol, sendo dados: Entalpia de formação de C H 6 O(l) = 66 kcal/mol Entalpia de formação de CO (g) = 94 kcal/mol Entalpia de formação de H O(l) = 68 kcal/mol C H 6 O(l) + 3O (g) CO (g) + 3H O(l) H =? mol 3 mol mol 3 mol ( 66) Zero ( 94) 3( 68) H inicial H final H = H final H inicial H = [ ( 94) + 3( 68)] [( 66) + zero] H = 36 kcal/mol 4. Com relação à questão anterior, determine a entalpia de combustão do etanol em kcal/grama. (C =, O = 6, H = ) mol etanol 46 g liberta 36 kcal g x 36 x = = 7 kcal 46 Resposta: 7 kcal/grama ALFA ANGLO VESTIBULARES

4 5. O gás SO 3, importante poluente atmosférico, é formado de acordo com o esquema geral: Combustível ar ar fóssil contendo SO SO 3 enxofre queima Sabendo que o processo de oxidação de SO a SO 3 apresenta H = 99 kj/mol de SO, determine a entalpia de um mol de SO 3 gasoso. Dado: Entalpia de SO = 97 kj/mol SO (g) + O (g) SO 3 (g) H = zero x 3 H inicial H final 6. A reação de trimerização cíclica do acetileno, dando benzeno, pode ser representada pela equação termoquímica: 3C H (g) C 6 H 6 (l) H = 0kcal (5 C, atm) Sabendo que a entalpia do benzeno vale +30kcal/mol, determine a entalpia de um mol de acetileno. 3C H (g) C 6 H 6 (l) H = 0 3 x H inicial H final H = H f H i 0 = [+ 30] [3x] X = + 50 kcal Resposta: +50kcal/mol H = H f H i 99 = x [ 97 + zero] x = 396kJ Resposta: 396 kj/mol Livro Unidade I (Cap. ) Resolva os exercícios 5 e 6, série. Resolva os exercícios 7, 8 e 3, série. Aula 34 CÁLCULO DE H DE REAÇÃO PELO MÉTODO GERAL DA LEI DE HESS (SOMA DE EQUAÇÕES) H INICIAL H REAGENTES Lei de Hess: o valor do H de um processo depende apenas das entalpias inicial e final, não dependendo do número de etapas, nem do fato de serem endo ou exotérmicas. Conseqüência H H H total = H + H + H 3 + H H H Total O H total será a soma algébrica dos H das etapas. H FINAL H PRODUTO H 3 Como resolver um problema: I) Somar convenientemente as equações com H conhecidos. Obs: Se necessário, uma etapa poderá ser invertida e/ou dividida ou multiplicada por, 3, 4 etc. II) O resultado da soma das equações, deverá ser a equação com H desconhecido. III) Aplicar a Lei de Hess: H total = Σ H ETAPAS ALFA ANGLO VESTIBULARES

5 . Dados: C graf + O (g) CO (g) H = 94 kcal/mol C diam + O (g) CO (g) H = 94,5 kcal/mol Calcule o H da transformação de C graf em C diam. C graf + O (g) CO (g) H = 94 CO (g) C diam + O (g) H = + 94,5 C graf C diam H =? H = H + H H = ,5 H = + 0,5 kcal/mol. Com relação à questão anterior, calcule o H para transformar 40g de grafite em diamante. (C = ) g C 0,5 kcal 40 g x x = 0 kcal 4. Determine a entalpia de combustão do metanol líquido, a 5 C e atm, em kj/mol, sendo dados: Cgraf + H g + ( ) O( g) CH3OH( l) H = 39 kj/mol H( g) + O( g) HO( l) H = 86 kj/mol C graf + O (g) CO (g) H = 393 kj/mol 3 CH 3 OH + O CO + H O H =? foi invertida CH 3 OH C + H + O H = C + O CO H = 393 x {H + O H O H 3 = ( 86) + 3 CH 3 OH + O CO + H O H =? H = H + H + H 3 H = 76 kj/mol Obs.: Para efeito de comparações, o professor poderá também resolver pelo método dos Calores de formação: CH 3 OH + 3 O CO + H O H =? 39 zero 393 ( 86) H inicial H final H = [ ( 86)] [ 39] H = 76 kj 3. Dados: H (g) + O (g) H O(l) H = 36 kcal H (g) + O (g) H O(v) H = 6 kcal Calcule o H de vaporização da água em kcal/mol. H O(l) H + O H = + 36 H + O H O(v) H = 6 H O(l) H O(v) H =? H = H + H H = = + 0 kcal / mols Logo: H = + 0 kcal/mol Livro Unidade I (Cap. ) Resolva os exercícios 3, 5 e 33, série. Resolva os exercícios 34 a 39, série. ALFA ANGLO VESTIBULARES

6 Aula 35 CÁLCULO DE H DA REAÇÃO ATRAVÉS DE ENERGIAS DE LIGAÇÃO H a) H ENERGIA DE LIGAÇÃO QUEBRA ENDOT. UNIÃO EXOT. ÁTOMOS ISOLADOS ÁTOMOS LIGADOS H(g) + F(g) I HF(g) II Energia de Ligação: Energia necessária para romper mol de ligações no estado gasoso. b) Energia de ligação da ligação HF(g).. Dadas as energias de ligação: H H kcal/mol Cl Cl kcal/mol Qual a ligação mais forte? Justifique. H H Porque é a que necessita de maior energia para ser rompida. 3. A energia da ligação C H vale 00kcal/mol Determine o H dos processos: a) CH 4 (g) C(g) + 4H(g) H = + 4(00) = kcal b) C(g) + 4H(g) CH 4 (g) H = 4(00) = 400 kcal Obs.: Em um diagrama teríamos: H C(g) + 4F(g). Observe os processos I) HF(g) H(g) + F(g) II) H(g) + F(g) HF(g) a) Coloque os dois processos em um único diagrama de entalpia. b) Qual o nome que podemos dar para o H do processo I? H = + 4 (00) kcal CH 4 (g) H = 4 (00) kcal ALFA ANGLO VESTIBULARES

7 4. Dadas as energias de ligação em kcal/mol HF H F determine o valor de H do processo HF H + F Quebras {HF (35) = 70kcal (absorvida) H 03 Uniões F 37 4 kcal (libertada) Saldo = 70 4 = 9 (absorv.) (lib.) (absorv.) Logo: H = + 9 kcal 3 6. Na reação H (g) + Cl (g) HCl(g) H = 4kcal/mol Sendo dadas as energias de ligação em kcal/mol H H Cl Cl Determine o valor da energia da ligação H Cl Chamando x a energia de ligação HCl: H H H = + 04 Cl Cl H = + 60 H + Cl HCl H 3 = x + H + Cl HCl H = 4 Pela Lei de Hess: H = H + H + H 3 4 = x x = 03 kcal 5. Com relação à questão anterior, complete o diagrama de entalpia, colocando os valores de H. H(kcal) H(g) + F(g) H = + 70 H = 4 H (g) + F (g) Livro Unidade I (Cap. ) H = H + H 70 4 = + 9 Resolva os exercícios 4, 4 e 43, série. HF(g) Resolva os exercícios 44, 45 e 46, série. ALFA ANGLO VESTIBULARES

8 Aula 36 TERMOQUÍMICA. EXERCÍCIOS DE REVISÃO. Dadas as informações: a) Diagrama de entalpia: H(kJ) NO (g) N (g) + O (g) H = + 90 kj ( atm, 5 C). O valor de H de uma reação química pode ser previsto através de diferentes caminhos. Iremos determinar o H do processo CH 4 + F CH 3 F + HF Utilizando dois procedimentos diferentes, considerando todos os participantes no estado padrão. a) º- caminho: Lei de Hess Dados: (Equação I) C + H CH 4 H = 75kJ 3 (Equação II) C + H + F CH 3 F H = 88kJ (Equação III) H + F HF H = 7kJ b) entalpia de NO (g) = +34kJ/mol ( atm, 5ºC) Determine a variação de entalpia de um dos processos mais importantes de poluição atmosférica: NO (g) NO(g) + O (g) O diagrama fornece a entalpia de NO(g), que é numericamente igual ao respectivo calor de formação: Entalpia de NO(g) = +90 kj/mol Portanto: NO (g) NO(g) + O (g) H =? (+34) (+90) (zero) H (inicial) H (final) H = H (final) H (inicial) H = +90 (+34) H = +56 kj/mol Equação I = inverter Equação II = manter Equação III = manter CH 4 C + H H = C + H + F CH 3 F H = 88 H + F HF H 3 = 7 + CH 4 + F CH 3 F + HF H =? H = H + H + H 3 H = (+75) + ( 88) + ( 7) H = 484 kj ALFA ANGLO VESTIBULARES

9 b) º- caminho: Através das energias de ligação Dados: Ligação Energia (kj/mol) F F 55 C H 43 C F 485 H F 567 CH 4 + F 443 CH 3 F + HF 443 H =? Quebras Uniões C H 43 C F 485 F F 55 H F 567 Energia absorvida = Energia libertada = 05 kj = 568 kj Saldo libertado = = 484 kj ou seja H = 484 kj. Comentário: Se sobrar tempo, ou se o professor preferir indicar como exercício extra, o valor do H também poderá ser determinado pelas entalpias de formação. Basta observar que: Equação I indica a entalpia de formação de CH 4 Equação II indica a entalpia de formação de CH 3 F Equação III indica a entalpia de formação de HF Portanto: CH 4 + F CH 3 F + HF H =? ( 75) zero ( 88) ( 7) H (inicial) H (final) H = H (final) H (inicial) H = [ 88 7] [ 75 + zero] H = 484 kj Livro Unidade I (Cap. ) Resolva os exercícios 47 a 5, série. Resolva os exercícios 53, 54 e 55, série. ALFA ANGLO VESTIBULARES

10 Aulas 37 e 38 ESTUDO DO CONCEITO DE SOLUBILIDADE. CURVAS DE SOLUBILIDADE SOLUÇÃO SATURADA Apresenta o máximo de soluto dissolvido a uma certa temperatura. No caso de soluto sólido, a solução saturada é estável na presença do precipitado correspondente. No caso de soluto gasoso (ex: gás oxigênio em água), a solução saturada é estável na presença de ar, em condição ambiente. COEFICIENTE DE SOLUBILIDADE (S) OU APENAS SOLUBILIDADE Fornece a composição da solução saturada, a uma dada temperatura. a) A solução está: Insaturada Saturada Supersaturada b) A solubilidade deste sal, a 5 C, será igual a 5 gramas/00g H O.. Na experiência anterior, quando o béquer foi aquecido até 35 C, observou-se: CURVAS DE SOLUBILIDADE Indicam como varia a solubilidade das substâncias em função da temperatura. 0g (sólido) 00g H O Solubilidade (S) Gramas/00g H O Substância A Substância B Temperatura ( C) a) A 35 C a solubilidade do sal será 40 g / 00 g H O b) Com a elevação da temperatura, a solubilidade: aumentou diminuiu 3. Com relação a uma base inorgânica, observou-se a solubilidade em várias temperaturas e os resultados constam da tabela abaixo. Solubilidade em 00 gramas de água t ( C) 80 g 5 C 40 g 30 C 0 g 45 C 0 g 60 C Construa a curva de solubilidade da substância.. Um químico agitou 50g de um sal com 00g de água e observou a formação de um precipitado de massa igual a 35g. A experiência foi feita a 5 C. 35g (sólido) 00g H O precipitado Solubilidade em 00g H O t C ALFA ANGLO VESTIBULARES

11 4. Solubilidade (gramas/00g água) t C a) O aquecimento favorece a dissolução nas curvas A e B. b) A 0 C, a substância mais solúvel será C. c) A 0 C, a substância menos solúvel será B. d) A 80 C, a substância menos solúvel será C. e) A 40 C, adicionando-se 0g de B em 50g de água, haverá um precipitado de 5g. Indique os cálculos: 00 g SAT 30 gb H O 50 g SAT x H O x = 5 gb (dissolvem) Jogando 0 g, há precipitado de 5 g. 5. Dada a curva de solubilidade de uma substância X em água: A A C B Qual o significado das situações A, B, C? Sistema B = solução saturada Sistema C = solução insaturada Sistema A = solução supersaturada Obs.: Caro professor, é freqüente a dúvida: Por que o ponto A não indica uma solução saturada com precipitado? Resposta: Porque o eixo y (solubilidade) indica apenas a quantidade de substância DISSOLVIDA e não a quantidade total de substância inicialmente adicionada à água g de solução aquosa saturada de NH 4 Cl, a 60 C, são resfriados para 0 C. Qual a massa de sal que precipitará? Dados: 00g H 60ºC O 60g sal 60g Solução x 480 g Solução x = 80 g sal (e 300 g H O) A 0 C: 00 g H O 37 g sal 300 g H O g g = g de sal dissolvido Precipitam: 80 g = 69 g sal 3 Livro Unidade I (Cap. ) AULA 37 Temperatura Solubilidade do NH 4 Cl C g/00g H O Resolva o exercício 8, série. Solubilidade B C 0 t C AULA 38 Resolva os exercícios 0 a 4, série. AULA 37 Resolva os exercícios 7 e 9, série. AULA 38 Resolva os exercícios 5 a 9, série. ALFA ANGLO VESTIBULARES