9ª LISTA - EXERCÍCIOS DE PROVAS 1 a. Lei da Termodinâmica

Transcrição

1 Pg. 1/5 1 a Questão Na combustão completa de 1,00 L de gás natural, a 25,0 C e pressão constante de 1,00 atm, houve liberação de 43,6 kj de calor. Sabendo que este gás é uma mistura contendo metano, CH 4, e etano, C 2 H 6, que reagem com o oxigênio segundo as equações 1 e 2, determine: CH 4 (g) + 2O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O(l) H o = -890,3 kj mol -1 eq. 1 C 2 H 6 (g) + 7/2O 2 (g) 2CO 2 (g) + 3H 2 O(l) H o = -1559,7 kj mol -1 eq. 2 a) o calor liberado, em kj, por um mol de gás natural; b) a fração em mol do CH 4 e C 2 H 6 no gás natural; c) o volume de água, em ml, que pode ser aquecido de 25,0 o C para 80,0 o C, se 43,6 kj de calor for transferido com 100% de eficiência para a água. Considere o comportamento ideal dos gases. Calor específico da água (c) = 4,184 J ºC -1 g -1 Densidade da água = 1,00 g ml -1 a) -1,07 x 10 3 kj mol -1 b) x (CH 4 ) = 0,7316; x (C 2 H 6 ) = 0,2684 c) 189 ml

2 Pg. 2/5 2 a Questão Quando a matéria orgânica é decomposta sob condições anaeróbicas (sem oxigênio), o metano, CH 4, é o principal produto formado. O gás natural, composto basicamente por metano, é um combustível muito utilizado para atividades domésticas, industriais e veiculares. É estimado que a quantidade de gás natural presente em todos os depósitos conhecidos pode produzir 5600 EJ de energia (Exajoule = 1EJ = J). Atualmente, o consumo de energia global anual é de 4,0 x J. a) Calcule a massa de metano, em kg, capaz de gerar toda energia contida nos depósitos conhecidos. b) Por quantos anos os depósitos poderiam suprir a demanda de energia mundial, considerando que o consumo permaneça constante durante todo o período? c) Calcule o volume de metano, nas CNTP, necessário para aquecer 1,00 L de água de 20,0 o C até 90,0 o C à pressão constante. Desconsidere eventuais perdas de calor no processo. Considere o comportamento ideal dos gases. H combustão (CH 4 ) = -802 kj mol -1 d H 2 O= 1,00 g ml -1 (20,0 C) d CH 4 = 0,716 g L -1 (CNTP: 0 C e 1 atm) c H 2 O= 4,184 J g -1 C -1 1 cm 3 = 1 ml M(CH 4 ) = 16,0 g mol -1 a) 1,12 x kg b) 14 anos c) 8,18 L

3 Pg. 3/5 3 a Questão A reação de combustão da sacarose, C 12 H 22 O 11, com oxigênio está representada na equação abaixo. C 12 H 22 O 11 (s) + 12 O 2 (g) 12 CO 2 (g) + 11 H 2 O(l) Essa reação foi realizada dentro do recipiente A fechado, que está imerso em 2,00 L de água no recipiente B do calorímetro representado abaixo. Considere que todo o calor produzido na reação em A foi transferido somente para a água em B. a) Uma amostra de 7,00 g de uma sacarose impura reagiu em A, produzindo um aumento de temperatura de 25,0 o C para 37,3 o C nos 2,00 L de água (recipiente B). Calcule a pureza da sacarose, em percentagem, considerando que as impurezas não reagem. b) Em outro experimento, a reação de 3,42 g de sacarose pura com excesso de oxigênio foi realizada no calorímetro, a 25 ºC e 1 atm. Calcule a variação de energia interna, U, envolvida na reação. Dados a 25 C e 1 atm: Densidade da água: d = 1,00 g ml -1 ; Calor específico da água: c = 4,184 J o C -1 g -1, M(C 12 H 22 O 11 ) = 342 g mol -1 Variação de entalpia padrão de formação: H C 12 H 22 O 11 (s): kj mol -1 ; CO 2 (g): -393,5 kj mol -1 ; H 2 O(l): -285,8 kj mol -1 a) 88,8% b) - 56,4 kj

4 Pg. 4/5 4 a. Questão O ácido esteárico, C 18 H 36 O 2, é um ácido graxo, ou seja, uma molécula com uma longa cadeia de carbonos e um grupo ácido na extremidade. Ele é encontrado em tecido animal como parte de muitas gorduras saturadas e é utilizado na produção de cosméticos, sabonetes e doces. Sua reação de combustão está representada a seguir. C 18 H 36 O 2 (s) + 26O 2 (g) 18CO 2 (g) + 18H 2 O(g) a) Calcule o calor de combustão, H comb, em kj mol -1, do ácido esteárico, a 1 atm e 25 C. b) A informação nutricional contida na embalagem de uma barra de cereal afirma que esta contém 11,0 g de gordura. Calcule o calor liberado por essa quantidade de gordura, em kcal, supondo que toda gordura seja ácido esteárico. c) Calcule a variação da energia interna, U, em kj, envolvida na combustão de 1 mol de ácido esteárico, considerando que a reação acima ocorre a 25 o C, a pressão constante de 1 atm e que os gases se comportam de forma ideal. Dados a 25 C: H f CO 2 (g) = -393,5 kj mol -1 H f H 2 O(g) = -241,8 kj mol -1 H f C 18 H 36 O 2 (s) = -948 kj mol -1 M(C 18 H 36 O 2 ) = 284 g mol -1 1 cal = 4,184 J a) kj mol-1 b) 97,0 kcal c) kj

5 Pg. 5/5 5a. Questão O ácido fórmico, HCOOH, é um ácido carboxílico líquido, a temperatura ambiente, e cuja densidade é 1,220 g ml -1. a) Calcule a variação de entalpia envolvida na decomposição de 1,0 mol de ácido fórmico (Reação I) a partir dos valores de entalpias de formação e de mudança de estado físico (Reações II a V). HCOOH(l) CO(g) + H 2 O(g) (I) C(s) + 1/2O 2 (g) CO(g) H 0 = -110,4 kj mol -1 (II) H 2 (g) + 1/2O 2 (g) H 2 O(l) H 0 = -285,5 kj mol -1 (III) H 2 (g) + O 2 (g) + C(s) HCOOH(l) H 0 = -408,8 kj mol -1 (IV) H 2 O(l) H 2 O(g) H 0 = +44,0 kj mol -1 (V) b) Calcule a quantidade de calor, q, em kj, envolvida na decomposição de 1000 ml de ácido fórmico em carbono, gás oxigênio e gás hidrogênio. c) A variação de entalpia envolvida na dissociação de uma molécula de ácido fórmico é 6,1 x J. A variação de entalpia decorrente da dissociação de 0,2 mol de ácido fórmico em 1,0 L de água (Reação VI) é 0,22 J. Calcule o ph dessa solução aquosa de ácido fórmico. HCOOH(aq) + H 2 O(l) HCOO - (aq) + H 3 O + (aq) (VI) M(HCOOH) = 46,0 g mol -1 a) +56,9 kj mol -1 b) 1,08 x 10 4 kj c) 2,22