TERMOQUÍMICA: EXERCÍCIOS

Reações endotérmicas e exotérmicas Espontaneidade de uma reação TERMOQUÍMICA Reações endotérmicas e exotérmicas Cálculo de H Espontaneidade de uma reação

1- (UNICAMP-SP) Um botijão de gás de cozinha contendo butano, foi utilizado em um fogão durante um certo tempo, apresentando uma diminuição de massa de 1,0 kg. Sabendo-se que: 1 C4H10(g) + 13/2 O2(g)  4 CO2(g) + 5 H2O(g) H= -2900 kJ/mol Qual a quantidade de calor que foi produzida no fogão devido à combustão do butano? Qual o volume , a 250C e 1,0 atm, de butano consumido? Dados: Volume molar de um gás ideal a 250C e 1,0 atm = 24,5 litros C – 12; H-1

a) 1 mol C4H10 = 58 g ------------- 2 900 kJ Solução 1 C4H10 + 13/2 O2  4 CO2 + 5 H2O H = - 2900 kJ/mol a) 1 mol C4H10 = 58 g ------------- 2 900 kJ 1000 g -------------- x = 50.000 k/J ou 5.104 kJ 1 mol C4H10 -----58 g x mol C4H10------1000 g => x = 17,24 mols C4H10 1 mol --------- 24,5 litros ( 250C e 1,0 atm) 17,24 mol------x litros => x = 422, 38 litros

2- (UFC) Dadas as seguintes equações termoquímicas: I- 1 C(s) + 1 O2(g)  1 CO2 (g) H = - 94,0 kcal II- 1 H2 (g) + ½ O2 (g)  1 H2O(l) H = - 68 kcal III- 2 C(s) + 3 H2(g) + ½ O2 (g)  1 C2H6O(l) H = -74 kcal Determine o calor de combustão do álcool etílico .

Solução Para exercícios desse tipo devemos: 1- Escrever primeiro a reação que queremos 2- Manipular as reações dadas, colocando reagentes e produtos na ordem que queremos obter na equação final 3- Mudar os sinais dos calores envolvidos, quando invertermos a equação 4- Multiplicar e/ou dividir as equações, para que os coeficientes coincidam com os coeficientes da equação final 5- Cortar os termos semelhantes simplificando-os 6- Por últimos somar as equações, obtendo o calor envolvido na equação final

1 C2H6O  2 C + 3 H2 + ½ O2 + 74,0 ( Invertida) ( 2 x) 1 C + 1 O2 -> 1 CO2 - 94,0 ( 2x) ( 3 x) H2 + ½ O2  1 H2O - 68,0 ( 3x) 1 C2H6O  2 C + 3 H2 + ½ O2 + 74,0 kcal 2 C + 2 O2  2 CO2 - 188,0 kcal 3 H2 + 1,5 O2  3 H2O - 204,00 kcal C2H6O + 3 O2  2 CO2 + 3 H2O H = - 318,0 kcal

3- (UFSC) Dadas as variações de entalpia de formação para as substâncias: Substâncias H0f ( kcal/mol) CH4(g) - 17,9 CO2(g) - 94,0 H2O(g) - 68,3 Calcule a entalpia de formação ( em kcal/mol) da reação de combustão do metano: CH4(g) + 2 O2 (g)  1 CO2 (g) + 2 H2O(g)

Solução H f CH4 = -17,9 kcal/mol H f CO2 = - 94,0 kcal/mol H f H2O = - 68,3 kcal/mol CH4(g) + 2 O2 (g)  CO2(g) + 2 H2O H = Hp – Hr ou H = H final – H inicial H = ( 1.HfCO2 + 2.HfH2O ) – ( 1.HfCH4 + 2.HfO2) H = ( 1.-94,0 + 2.-68,3) – ( 1.-17,9 + 0) H = (- 94,0 – 136,6) + 17,9 H = -212,7 kcal/mol  Reação exotérmica

Dados: Energias de ligação em kcal.mol-1 4- (UFU-MG) Dois compostos de nitrogênio, hidrazina e tetróxido de nitrogênio, têm larga aplicação na propulsão de naves espaciais. Eles, ao serem misturados, produzem uma violenta reação de combustão. Considerando que os produtos da reação são basicamente nitrogênio gasoso e água na fase de vapor: Escreva a equação da reação, balanceada, que descreve o processo Assumindo a hidrazina e o tetróxido de nitrogênio na fase gasosa, calcule a quantidade de energia (kcal) produzida na reação a partir das energias de ligação envolvidas. Dados: Energias de ligação em kcal.mol-1 N – N 38 N – O 55 N – H 86 O – H 111 N = O 97 N  N 226 H – N – N – H H H O = N – N = O O O

a) 2 N2H4(g) + N2O4 (g)  3 N2(g) + 4 H2O(v) Solução a) 2 N2H4(g) + N2O4 (g)  3 N2(g) + 4 H2O(v) b) Reagentes Produtos 2 . ( 4 N- H) = 2. ( 4. 86) = +688 2. ( N – N) = 1. ( 38 ) = + 76 1. ( N – N) = 1.(38) = + 38 2 .( N – O) = 2. ( 55) = + 110 2 .( N=O) = 2. ( 97) = +194 3 . ( NN) = 3.(226)= - 678 4 . ( 2 H-O) = 4. (2. 111)= - 888 Energia liberada = - 1566 kcal 1 566 kcal +1.106 kcal Energia recebida= + 1.106 kcal H = - 406 kcal Reação exotérmica

5- (IME-RJ) A variação de energia livre ( G ) e a variação de entropia ( S ), para a transformação do enxofre ortorrômbico em sua forma alotrópica monoclínica, são positivas nas CNTP. Responda: Qual das duas formas alotrópicas é mais estável a 273 K e 101 325 Pa? Qual o sinal para a variação de entalpia ( H ) da transformação, também a 273 K e 101 325 Pa?

Solução S ortorrômbico  S monoclínico G > 0 e S >0 CNTP  00C = 273 K 1 atm = 101 325 Pa Processo espontâneo  H<0 S>0 G<0, se você tiver os valores  G< 0 G = H – (TS) Como a transformação tem G>0, o processo é não espontâneo. A forma alotrópica mais estável é aquela de menor energia, portanto o enxofre ortorrômbico é mais estável. G = H – (TS) H = G + (TS) = + + (273+) H>0  endotérmica

6- (IME-RJ) Calcule o valor de energia livre, a 250C, para a reação representada a seguir: 2 Na2O2(s) + 2 H2O(l)  4 NaOH(s) + O2(g) Dados: Substância Entalpia de formação S0 a 250C ( 250C ( kJ.mol-1) ( J.mol-1.K-1) H2O(l) ------------------- - 286,0 ------------------ 69,69 Na2O2 (s) ---------------- - 510,9 ------------------ 94,60 NaOH(s) --------------- - 426,8 ------------------ 64,18 O2 (g) ----------------- 0 ------------------ 205,00

2 Na2O2(s) + 2 H2O(l)  4 NaOH(s) + O2(g) Solução 2 Na2O2(s) + 2 H2O(l)  4 NaOH(s) + O2(g) G = H - TS H = Hp – Hr H = ( 4.Hf NaOH + 1.HfO2) – ( 2 .HfNa2O2 + 2.HfH2O) H = ( 4.-426,8 + 0) – ( 2.-510,9 + 2. –286) H = ( -1707,2) – ( -1021,8 – 572) H = -1707,2 + 1593,8 H = -113,4 kJ ou –113.400 J G = H - TS G = -113.400 – (298.133,4) G = -113.400 – 39675,12 G = - 153.075 J G = - 153,075 kJ

7- (MED. Pouso Alegre-MG) Assinale a alternativa correta 7- (MED.Pouso Alegre-MG) Assinale a alternativa correta. Observe o gráfico a seguir: H B [ Y2X2] Y2+ X2 2 YX -A Caminho da reação A variação de entalpia da reação : Y2 + X2  2 YX , é : - A d) B - A B e) B + A - 2A

Solução Temos nesse exercício, um cálculo de variação de entalpia de uma reação, através de um gráfico. É a maneira mais fácil de calcular, a variação de entalpia. Como a variação de entalpia é dada por entalpia dos produtos menos a entalpia dos reagentes teremos: Hr = 0  Hp = -A H = Hp – Hr = - A – O H = -A  LETRA A

8- ( CESGRANRIO-RJ) Dado o esquema abaixo, estabelecido nas condições padrão: Entalpia ( kcal) 2 H2(g) + CO(g) + 1,5 O2(g) CH3OH(l) + 1,5 O2(g) H = -204 kcal H = -173 kcal CO2(g) + 2 H2O(l) E sabendo que a entalpia padrão de formação do CO(g) é igual –26,0 kcal/mol, calcule a entalpia padrão de formação do metanol líquido.

Solução 2 H2 + CO  CH3OH H = -31,0 kcal Esse exercício envolve vários métodos para podermos calcular a entalpia de formação do metanol. OBS: não coloquei o estado físico, das substâncias por comodidade, mas... nunca deixe de colocar. Temos pelo gráfico três equações: 2 H2 + CO + 1,5 O2  CO2 + 2 H2O H = -204,0 kcal CH3OH + 1,5 O2  CO2 + 2 H2O H = -173,0 kcal CO2 + 2 H2O  CH3OH + 1,5 O2 H = + 173,0 2 H2 + CO + 1,5 O2  CO2 + 2 H2O H = - 204,0 2 H2 + CO  CH3OH H = -31,0 kcal H = Hp – Hr H = ( HfCH3OH ) – ( 2.HfH2 + HfCO) -31 = ( HfCH3OH) – ( 0 + -26) HfCH3OH = -31-26 = -57 kcal

9- (Med. Pouso Alegre-MG) Assinale a alternativa correta. Aparentemente, cada grama de álcool etílico ingerido por uma pessoa fornece sete quilocalorias ao organismo humano, dando energia e reduzindo a fome. Essa, no entanto, é uma energia aparente pois não contém as vitaminas e os aminoácidos necessários ao organismo, e este fato leva os alcoólatras a um estado de deficiência nutricional múltipla. Supondo que um ser humano necessite, por dia, de 3 500 quilocalorias de energia para se manter, o volume de álcool etílico a ser ingerido por esta pessoa necessita ser de : ( dado: densidade do álcool etílico = 0,8 g/ml) 625 ml b) 0,002 ml c) 500 ml d) 350 ml e) 24 500 ml

Solução Etanol  1 g  7 kcal pessoa  3 500 kcal d etanol = 0,8 g/ml 7 kcal ------ 1 g 3 500 kcal---x g  x = 500 g LETRA  A

10- (UF-Vale do Sapucaí-MG) O volume de álcool ( C2H5OH) que produzirá, por combustão completa , a mesma quantidade energia que um litro de gasolina ( aqui representado apenas por isoctano – C8H18) será: Dados: a 250C, o calor de combustão do etanol é igual a 330,0 kcal/mol, o calor de combustão do isoctano é igual a 1 320 kcal/mol, a massa específica do etanol é igual a 0,75 g/ml, a massa específica do isoctano é igual a 0,80 g/ml, as massa atômicas : H-1; O-16; C-12

Solução C2H5OH 1 mol C8H18  114 g -------- 1 320 kcal V = ? d = 0,75 g/ml H combustão = 330 kcal/mol Massa molar = 46 g/mol C8H18 d = 0,80 g/ml H combustão = 1 320 kcal/mol Massa molar = 114 g/mol 1 mol C8H18  114 g -------- 1 320 kcal 1 000 ml  800 g ------- x = 9.263, 15 kcal 1 mol C2H5OH  46 g ------ 330 kcal x g ------ 9.263,15 kcal x = 1291,22 g C2H5OH LETRA A