BC 0307 - Transformações Químicas
Lista de exercícios 3
1. Recentemente, anunciou‐se que o Brasil atingiu a auto‐suficiência na produção do petróleo, uma importantíssima matéria‐prima que é a base da moderna sociedade tecnológica. O petróleo é uma complexa mistura de compostos orgânicos, principalmente hidrocarbonetos. Para a sua utilização prática, essa mistura deve passar por um processo de separação denominado destilação fracionada, em que se discriminam frações com diferentes temperaturas de ebulição. O gráfico a seguir contém os dados dos pontos de ebulição de alcanos não ramificados, desde o metano até o decano. Com base no gráfico anterior, considere as seguintes afirmativas: 1. CH4 C2H6, C3H8 e C4H10 são gasosos à temperatura ambiente (cerca de 25 °C). 2. O aumento da temperatura de ebulição com o tamanho da molécula é o reflexo do aumento do momento dipolar da molécula. 3. Quando se efetua a separação dos referidos alcanos por destilação fracionada, destilam‐se inicialmente os que têm moléculas maiores. 4. Com o aumento do tamanho da molécula, a magnitude das interações de van der Waals aumenta, com o consequente aumento da temperatura de ebulição. a) Somente as afirmativas 1 e 2 são verdadeiras. b) Somente as afirmativas 1 e 3 são verdadeiras. c) Somente as afirmativas 1 e 4 são verdadeiras. d) Somente as afirmativas 2 e 3 são verdadeiras. e) Somente as afirmativas 2, 3 e 4 são verdadeiras. 1 2. Com base nos dados a 25°C apresentados na tabela a seguir, calcule a entalpia das reações abaixo a 278K e diga se elas são endotérmicas ou exotérmicas: Substância
Hfo / kJ mol-1
Substância
Hfo / kJ mol-1
O(g)
O2(g)
O3(g)
H2(g)
H2O(l)
Fe2O3(s)
FeO(s)
Fe(g)
CO2(g)
CO(g)
C(g)
C(s, grafite)
C(s, diamante)
H2S(g)
SO2(g)
249,17
0
142,7
0
-285,83
-824,2
-266,52
404,51
-393,51
-110,53
716,67
0
1897
-20,6
-296,81
Cl2(g)
TiO2(s)
TiCl4(l)
CH3OH(l)
Al(s)
Al2O3(s)
NaOH(s)
HCl(g)
NaCl(s)
CaC2(s)
Ca(OH)2(s)
C2H2(g)
CaCO3(s)
CaO(s)
0
-945
-803
-238,7
0
-1675,7
-425,61
-92,31
-411,15
-60
-986,1
226,7
-1206,9
-635,09
a) 2 O3(g)  3 O2(g).
b) H2S(g) + 3/2 O2(g)  H2O(l) + SO2(g)
c) TiO2(s) + 2 Cl2(g)  TiCl4(l) + O2(g)
d) C(graphite) + CO2(g)  2 CO(g)
e) CO(g) + 2 H2(g)  CH3OH(l)
f) Fe2O3(s) + 2 AI(s)  Al2O3(s) + 2 Fe(s)
g) NaOH(s) + HCI(g)  NaCI(s) + H2O(l)
3. Considere os seguintes dados a 25oC e 1 atm de pressão: Substância H2(g) C(grafite) C6H6(l) C2H2(g) Ho(combustão) / (kJ/mol) ‐285,83 ‐393,51 ‐3267,62 ‐1299,58 a) Calcule o Ho de formação do benzeno líquido. b) Calcule o H para a reação 3 C2H2(g)  C6H6(l) 4. Analise as seguintes afirmações. Para cada uma diga se concorda ou não e o porquê. a) A quebra de uma ligação química libera energia. b) Todas as reações exotérmicas são espontâneas. c) Durante a ebulição o calor causa expansão das moléculas e causa um rompimento das moléculas de água. d) Ligações químicas contém energia. 2 5. Considere as informações da tabela: Combustível Poder Calorífico (KJ/Kg) Densidade
(kg/L) Volatilidade
Disponibilidade
Preço, (R$/L) Consumo
Km/L Etanol C2H6O 27200 0,80 Menos volátil 1,70 10,4 Gasolina C8H18 40500 0,70 Mais volátil Obtido de cana de açúcar, recurso renovável Obtido do petróleo, recurso não renovável 2,29 12,0 a) O tanque de um carro tem 60 L de capacidade. Quantos litros de álcool combustível devem ser queimados para produzir a mesma quantidade de energia que 60 L de gasolina? b) Além do poder calorífico, outros aspectos devem ser levados em conta para avaliar a eficiência de um combustível: a disponibilidade, o preço por litro, a volatilidade e o consumo. Tendo isso em conta, qual dos combustíveis é o mais eficiente, álcool ou gasolina? c) Represente as equações balanceadas para as transformações sofridas pelo etanol e pela gasolina considerando serem reações de combustão completas. 6. A partir dos calores de combustão tabelados, calcule a entalpia de formação do metanol a partir dos seus elementos: C(grafite) + H2(g) + ½ O2(g)
CH3OH(l)
Valores de calores de reação de combustão: CH3OH(l) + 3/2 O2g
C(grafite) + O2(g)
H2(g) + ½ O2(g)
CO2 g + 2 H2O(l)
CO2 g
H2O(l)
Hor= -726,4 kJ mol-1
Hor= -393,5 kJ mol-1
Hor= -285,8 kJ mol-1
7. Por que, às altas temperaturas, as reações químicas tendem a ser espontâneas? 8. Escolha a substância com maior entropia molar entre os pares apresentados abaixo e explique o por que? a. H2O(l) e H2O(g)
b. CaCl2 e NaCl
3 c. N2 (g) (0,1 atm) e N2 (g) (1 atm)
8. Num teste químico simples, pode‐se identificar a presença de uréia nos fertilizantes. A uréia sólida reage a quente com o hidróxido de sódio, liberando gás amônia (reconhecível pelo cheiro característico), como mostra a reação: 4 a) Considerando essas informações e as da tabela a seguir, calcule a variação da energia livre (G°) da reação.
b) Para a reação, nas condições do ambiente (25°C e 1,0atm), a variação de entalpia é H°= ‐50,6 kJ por mol de uréia. Nessa reação, a desordem das partículas aumenta ou diminui? Justifique, com base nos cálculos necessários. 9. A determinação da espontaneidade de transformações químicas é importante para a viabilização econômica de processos químicos, bem como para a compreensão de fenômenos naturais, em particular, processos biológicos. A reação de quantidades estequiométricas de hidróxido de bário sólido com nitrato de amônio sólido, descrita pela equação química a seguir, é capaz de resfriar, até cerca de ‐20°C, o recipiente que contém as espécies químicas. Esta reação é espontânea porque ocorre: a) um aumento da energia de Gibbs (energia livre). b) um aumento da entropia. c) uma diminuição da entropia. d) uma diminuição da entalpia. e) uma mudança de fase.