QUÍMICA
Prof. Rodolfo
AULA 01 – TERMOQUÍMICA – SÉRIE AULA
1. (UFES/2010/2ªFase) A equação abaixo representa um grande problema causado pela poluição
atmosférica: a desintegração lenta e gradual que ocorre nas estátuas e monumentos de mármore
(CaCO3), exercida pelo ácido sulfúrico formado pela interação entre SO 2, o oxigênio do ar e a umidade.
CaCO3(s) + H2SO4(aq)
CaSO4(s) + H2O(l) + CO2(g)
Calor de formação(kJ/mol, 25o C e 1 atm)
CaCO3
- 1207
H 2SO4 CaSO4 H 2O CO2
CaO
- 813,8 - 1434,5 - 286 - 393,5 - 635,5
De acordo com os dados acima,
a)
b)
c)
d)
determine a variação de entalpia da reação entre o ácido e o calcário (CaCO 3);
escreva a equação da reação de decomposição do carbonato de cálcio (CaCO 3);
determine a entalpia de decomposição do carbonato de cálcio (CaCO 3);
calcule a quantidade máxima de gesso (CaSO 4) que pode ser formada pela reação de 44,8 litros de
SO2(g) lançado na atmosfera, nas CNTP.
Gabarito
a) H = –93,2 kJ/mol
b) CaCO3(s)
CaO(s) + CO2(g)
c) H = 178 kJ/mol
d) 272,0 g de CaSO4 (gesso)
2. (UFMG/2010/2ªFase) Em um experimento, utilizando-se um frasco aberto, que contém 3,27 g de zinco
metálico em pó, são acrescentados, com agitação, 100 mL de uma solução de ácido clorídrico aquoso,
HCl (aq), na concentração de 1,10 mol/L.
1. ESCREVA a equação balanceada que representa a reação de ácido clorídrico com zinco metálico.
2. Assinalando com um X a quadrícula apropriada, INDIQUE se, nesse experimento, reagentes e produtos
atingem o estado de equilíbrio.
No experimento descrito, reagentes e produtos
atingem o equilíbrio.
não atingem o equilíbrio.
Justificativa:
ө
3. Neste quadro, estão indicados os valores de
nessa reação:
Espécie
Zn 2 (aq)
Cl (aq)
H (aq)
H de formação de algumas espécies envolvidas
H de formação / ( kJ / mol)
154
167
0
ө
Considerando esses valores, CALCULE o H da reação indicada no item 1, desta questão.
4. O frasco em que ocorre essa reação é termicamente isolado e encontra-se, assim como os reagentes,
o
a 25 C.
o
Considere que, para aumentar a temperatura da mistura reacional em 1 C, são necessários,
aproximadamente, 0,42 kJ e que é desprezível a absorção de energia pelo gás que escapa
nesse processo.
Tendo em vista essas informações, CALCULE a temperatura final dessa mistura reacional.
(Deixe seus cálculos indicados, explicitando, assim, seu raciocínio.)
1
Gabarito:
1.
Zn(s) + 2HCℓ(aq)
ZnCℓ2(aq) +H2(g)
2.
No experimento descrito, reagentes e produtos não atingem o equilíbrio.
Um dos produtos da reação é o H2(g). Como o sistema está aberto, ao ser produzido, esse gás escapa para
a atmosfera, o que impossibilita a reversibilidade do processo. Logo, o equilíbrio não será estabelecido.
3.
H=
154 kJ/mol
4.
Cálculo da quantidade de matéria de Zn(s):
Massa molar: 65,4g/mol
massa: 3,27g
n Zn
m
MM
3,27 g
65,4 g/mol
n Zn
0,05 mol
Cálculo da quantidade de matéria de HCℓ(aq):
Concentração da solução : 1,10 Ml
Volume da solução: 100ml
C
n
V
nHCl = 1,10 mol/L
0,1 L
nHCl = 0,11mol
Como a relação estequiométria entre o zinco metálico e o ácido cloridrico é de 1: 2, conclui-se que o
zinco é o reagente limitante.
Cálculo da quantidade de energia liberada no processo:
libera
1 mol Zn
0,05 mol Zn
154 kJ
libera
x
x = 7,7 kJ
Cálculo da variação de temperatura :
0,42 kJ
7,7 kJ
aumenta
aumenta
1°C
y
y = 18,3 °C
Cálculo da temperatura final:
Tf = 25°C + 18,3°C
Tf = 43,3°C
5. (PUC RJ/2011) Combustível é todo produto utilizado com a finalidade de produzir energia a partir de sua
queima ou combustão. O etanol (C2H5OH) é um combustível que, quando injetado nas câmaras de
combustão dos veículos, reage com oxigênio e libera energia. A quantidade de calor liberada pela
combustão completa de 1 mol de etanol é 295 kcal.
a) Escreva a reação balanceada de combustão completa do etanol (reação do etanol com o O2).
b) Calcule a energia produzida, na forma de calor, pela combustão de 1 kg de etanol.
c) Calcule a massa de CO2 produzida pela combustão completa de 46 g de etanol.
Gabarito:
a) C2H5OH + 3 O2
2 CO2 + 3 H2O
b) calor liberado igual a 6400 kJ ou calor igual a –6400 kJ.
c) 88 g de CO2.
2
6. (UFC CE/2010/2ªFase) A reação de fotossíntese é 6CO2(g) + 6H2O(l)
C6H12O6(s) + 6O2(g). Estima-2
se que, em uma floresta tropical, cerca de 34.000 kJ m de energia solar são armazenados pelas plantas
para realização da fotossíntese durante o período de um ano. A partir dos valores de entalpia padrão de
formação fornecidos abaixo, calcule:
Substância
CO 2 (g)
H 2O(l)
C6H12O6 (s)
O2 (g)
Entapia padrão de
formação(kJmol-1)
394
286
1.275
0
2
a) a massa de CO2 que será retirada da atmosfera por m de floresta tropical durante o período de um ano.
2
b) a massa de O2 que será adicionada à atmosfera por m de floresta tropical durante o período de um ano.
Gabarito:
-2
a) 3200 g m
-2
b) 2327 g m
7. (UFRN/2010) A civilização moderna consome muita energia. Uma grande quantidade dessa energia é
produzida pela queima de derivados do petróleo, como a gasolina, da qual um dos compostos
fundamentais é o octano (C8H18). A seguir, representa-se a equação ajustada da combustão completa do
octano, a 298 K e 1 atm:
C8H18(l) + 25/2 O2(g)
a) Se
Re ação
o
f
(Prod )
o
f
(Re ag) ,
8 CO2(g) + 9H2O(l)
calcule a variação de entalpia para a combustão de um mol de
octano, de acordo com os dados da tabela abaixo.
Dados a 298K e 1 atm
Substância ΔHo
f kJ/mol
C8H18 (  )
CO2 (g)
H2O(  )
5110,0
394,0
286,0
b) Uma alternativa para diminuir o impacto poluente do CO 2(g) produzido pela combustão da gasolina, é o
uso de etanol (C2H5OH).
Escreva a equação da combustão completa do etanol e explique, considerando o impacto do CO 2(g), por
que ele é menos poluente que a gasolina.
Gabarito:
a) - 616 kJ
b) 1 C2H5OH(l) + 3 O2(g)
2 CO2(g) + 3 H2O(v)
A combustão do etanol produz menor impacto ambiental por se tratar de um combustível renovável.
SÉRIE CASA
1. (UNICAMP SP/2009) O nadador Michael Phelps surgiu na Olimpíada de Beijing como um verdadeiro
fenômeno, tanto pelo seu desempenho quanto pelo seu consumo alimentar. Divulgou-se que ele ingere
uma quantidade diária de alimentos capaz de lhe oferecer uma energia de 50 MJ. Quanto disto é
assimilado, ou não, é uma incógnita. Só no almoço, ele ingere um pacote de macarrão de 500 gramas,
além de acompanhamentos.
a) Suponha que o macarrão seja constituído essencialmente de glicose (C 6H12O6), e que, no metabolismo,
toda essa glicose seja transformada em dióxido de carbono e água. Considerando-se apenas o
metabolismo do macarrão diário, qual é a contribuição do nadador para o efeito estufa, em gramas de
dióxido de carbono?
b) Qual é a quantidade de energia, em kJ, associada à combustão completa e total do macarrão (glicose)
ingerido diariamente pelo nadador?
-1
Dados de entalpia de formação em kJ mol : glicose= -1.274, água= -242, dióxido de carbono = -394.
Gabarito:
a) m = 733 g de CO2
b) E = 7.061 kJ
3
2. (UFU MG/2008/2ªFase) O gás eteno ou etileno (C2H4), além de ser importante insumo na indústria
química e de plásticos, é também usado para amadurecer frutas verdes. No estado padrão, a combustão
completa desta substância produz dióxido de carbono gasoso e água líquida.
Sobre esse assunto:
a) Escreva a equação química balanceada da combustão do eteno.
b) Calcule o número de mols de eteno que sofre combustão completa quando se obtém um volume de 98 L
de dióxido de carbono, coletado a 25°C e 1 atm de pressão.
Dado: R = 0,082 atm L/mol K.
c) Calcule a entalpia de combustão do eteno.
Dados: entalpias de formação em kJ/mol a 25°C: C2H4(g) = +52; CO2(g) = -394 e H2O(l) = -286.
d) Cite dois impactos ambientais causados pela queima do eteno.
Gabarito:
a) CH2CH2
3O2
2CO2
2 H2O
b) moles de eteno = 2 moles
moles de eteno = ½ de moles de CO2
c) H 1412 kJ / mol C2 H 4 ou kJ
d) produção de gás carbônico (CO2), efeito estufa, aquecimento/aquecimento global, chuva ácida,
poluição atmosférica.
3. (UFJF MG/2010/2ªFase) Com o aumento do preço do barril de petróleo, as fontes alternativas de energia
estão sendo bastante discutidas no mundo. O Brasil apresenta como fonte alternativa de combustível o
etanol obtido a partir da cana-de-açúcar. Comparando as reações de combustão do etanol (CH 3CH2OH)
e da gasolina (C8H18), responda aos itens abaixo. Dados: densidade do etanol é 0,80 g/mL e da gasolina
é 0,75 g/mL
C2H5OH (l) + 3 O2 (g)
2 CO2 (g) + 3 H2O (l)
H = –7,00 cal/g
C8H18 (l) + 25/2 O2 (g) 8 CO2 (g) + 9 H2O (l)
H = –10,0 cal/g
a) Com base nas reações acima, qual seria a vantagem ambiental em utilizar-se o etanol em substituição à
gasolina?
b) Sabendo-se que a gasolina no Brasil contém cerca de 20% v/v em álcool, qual seria o volume de CO 2
liberado por 1 litro dessa gasolina? Considere as condições normais de temperatura e pressão (CNTP).
c) Calcule a quantidade de energia liberada, em kcal, quando 1,00 litro de cada combustível é queimado.
d) Sabe-se que, se o preço do litro do álcool combustível for menor do que 70% do valor do litro da
gasolina, é mais econômico utilizar etanol em carros bicombustíveis (carros flex). Justifique essa
afirmação com base na termoquímica das reações de combustão.
Gabarito:
a) A combustão do etanol libera menor quantidade de CO 2 (gás carbônico), diminuindo o impacto no efeito
estufa.
b) O volume de CO2 é igual a 155,8 + 943,2 = 1099L
c) Etanol: H = – 5,6kcal.
Gasolina: H = – 7,5kcal.
d) 1L de etanol libera 5,6kcal e 1L de gasolina libera 7,5 kcal, logo, a produção de energia por litro de
combustível é 75% menor no etanol do que na gasolina. Assim, o uso do etanol é mais econômico se o
litro tiver um custo menor do que 70% do litro da gasolina.
4. (UFOP MG/2008/2ªFase) Desde sua introdução no mercado automobilístico, a produção dos carros do
tipo ―bicombustível‖ tem crescido de forma significativa. Esses automóveis podem ser abastecidos com
álcool, com gasolina ou com uma mistura desses dois combustíveis em qualquer proporção. A tabela
abaixo fornece o preço (R$/L), a densidade (g/mL) e o calor de combustão (kcal/g) para cada um
desses combustíveis.
Combustível
Preço (R$/L) d (g/mL) ΔHc (kcal/mol)
Álcool (etanol)
1,50
0,7774
4,50
Gasolina (octano)
2,50
0,7125
11,5
a) Em uma viagem de Belo Horizonte a Ouro Preto, um motorista abasteceu seu veículo com uma mistura
contendo 40% de etanol e gastou 8,5 L no percurso. Calcule a energia produzida pelo combustível
no trajeto.
b) Escreva as equações balanceadas para as reações de combustão do etanol e do octano.
c) Calcule o volume de CO2, nas CNTP, que é consumido a partir de R$ 40,00 do octano.
d) Identifique qual dos dois combustíveis contribui menos para o aumento do efeito estufa. Justifique.
4
Gabarito:
a) 0,625 kcal
b)
1C 2 H 5OH 3O 2
2CO 2
1C8 H18
8CO 2
3H 2 O
25
O2
2
H
4,5kcal / mol
9H 2 O
H
11,5kcal / mol
c) 17,92 L
d) O etanol, pois para produzir 11,5 kcal/mol são produzidos 5,1mol de CO 2, enquanto que o octano produz
8mol de CO2.
Um outro fato que deve ser considerado é que o etanol é um combustível renovável, enquanto que o
octano não.
TEXTO: 1 - Comum à questão: 05
O lixo doméstico é um dos principais problemas ambientais das grandes cidades. Em algumas delas o lixo
reciclável é separado do lixo orgânico em usinas de processamento segundo suas possibilidades de
reaproveitamento. O lixo plástico é reduzido a pó e separado segundo as densidades dos seus
componentes.
Um lixo plástico típico contém polipropileno (PP), polietileno (PE), poliestireno (PS), poli(etilenotereftalato)
(PET) e poli(cloreto de vinila) (PVC). As densidades desses polímeros estão indicadas na tabela a seguir.
Polímero
PP
PE PS PET PVC
Densidade (g/cm3 ) 0,90 0,97 1,10 1,28 1,45
No processo de separação, a mistura de plásticos é colocada no tanque I, que contém água pura, onde os
polímeros se separam em duas frações A e B. A fração A é enviada para o tanque II, que contém uma
solução aquosa 3,2 molar de 2-propanol. Essa etapa fornece as frações C e D.
A fração B que sai do tanque I é enviada para o tanque III, que contém uma solução aquosa 3,0 molar de
CsCl. Essa etapa fornece as frações E e F.
A figura a seguir apresenta a variação de densidade de cada solução aquosa usada no processo em função
da concentração de soluto.
5. (UFRJ/2011) Uma parte do polietileno produzido no processo pode ser queimada para gerar energia na
usina de lixo.
Sabendo que a fórmula mínima do polímero é CH2, escreva a equação da reação de combustão
completa e calcule o calor (em kJ) gerado pela queima de 140 kg de polietileno. Use as entalpias padrão
de formação a seguir.
Gabarito:
CH2 + 3/2 O2
CO2 + H2O
6
O calor gerado pela queima de 140 kg de PE = –6,5 10 kJ
5
AULA 02 – TERMOQUÍMICA – SÉRIE AULA
1. (UERJ/2011/2ªFase) O metanal é um poluente atmosférico proveniente da queima de combustíveis e de
atividades industriais. No ar, esse poluente é oxidado pelo oxigênio molecular formando ácido
metanoico, um poluente secundário. Na tabela abaixo, são apresentadas as energias das ligações
envolvidas nesse processo de oxidação.
Ligação
O O
C-H
C-O
C O
O-H
Energia de ligação
(kJ.mol-1 )
498
413
357
744
462
–1
Em relação ao metanal, determine a variação de entalpia correspondente à sua oxidação, em kJ.mol , e
nomeie sua geometria molecular.
Gabarito
H = 2 x 413 + 744 +
498
–1
– 413 – 744 – 357 – 462 = –157kJ.mol
2
Trigonal plana
2. (UERJ/2009/2ªFase) No metabolismo das proteínas dos mamíferos, a ureia, representada pela fórmula
(NH2)2CO, é o principal produto nitrogenado excretado pela urina. O teor de ureia na urina pode ser
determinado por um método baseado na hidrólise da ureia, que forma amônia e dióxido de carbono.
Na tabela abaixo são apresentadas as energias das ligações envolvidas nessa reação de hidrólise.
A partir da fórmula estrutural da ureia, determine o número de oxidação do seu átomo de carbono e a
–1
variação de entalpia correspondente a sua hidrólise, em kJ.mol .
Gabarito:
Número de oxidação do carbono = +4
–1
H = –50 kJ mol
3. (UFTM MG/2009/2ªFase) Considere as seguintes tabelas, que fornecem, respectivamente, valores de
entalpias padrão de formação e de combustão completa de diversas espécies químicas:
Espécie química ΔHθformação em kJ mol 1
H2 (g)
zero
H (g)
218
H2O (g)
242
CO2 (g)
394
O2 (g)
zero
O (g)
248
Espécie química ΔHθformação em kJ mol 1
C2H5 OH (l)
CH4 (g)
1370
883
a) Com base nesses dados, decida qual combustível libera maior quantidade de energia por grama na
combustão completa: hidrogênio molecular, metano ou etanol? Justifique.
b) Explique como, a partir de dados constantes dessa tabela, pode ser estimada a entalpia padrão da
ligação O–H.
c) Que outros dados, além dos constantes das tabelas, seriam necessários para que a entalpia padrão da
ligação C–H pudesse ser estimada?
6
Gabarito:
a) H2
2H2(g) + O2(g)
2H2O(g)
H = 2 (–242) = –482 kJ/mol
b)
c) para calcular a entalpia padrão da ligação C – H,
além dos dados da tabela precisamos conhecer:
- Entalpia de formação do C (g)
- Entalpia de formação do CH4, que pode ser calculada da entalpia de combustão do CH 4 e as entalpias
de formação de CO2 (g), H2O (g) e O2 (g) fornecidas na tabela.
4. (UNESP SP/2004/Exatas)
Entre as formas
alotrópicas de um mesmo elemento, há aquela mais
estável e, portanto, menos energética, e também a
menos estável, ou mais energética. O gráfico, de
escala arbitrária, representa as entalpias ( H) do
diamante e grafite sólidos, e do CO2 e O2 gasosos.
a) Sabendo-se que os valores de H1 e H2 são iguais a
–393 e –395 kJ, respectivamente, calcule a entalpia
( H) da reação: C(grafite)
C(diamante). Indique se
a reação é exotérmica ou endotérmica.
b) Considerando-se a massa molar do C = 12 g/mol,
calcule a quantidade de energia, em kJ, necessária
para transformar 240 g de C(grafite) em C(diamante).
Gabarito
a) + 2kJ, endotérmica
b) +40kJ
7
5. (UFU MG/2009/2ªFase) O tetracloreto de carbono (CCl4) – matéria prima dos clorofluorocarbonos
(CFC’s) – é uma substância líquida, incolor e com cheiro adocicado característico. Essa substância teve
sua produção industrial reduzida, a partir da década de 1980, em função do impacto ambiental causado
pelos gases de refrigeração (freons) na camada de ozônio (O3). O tetracloreto de carbono gasoso pode
ser produzido pela reação do gás metano (CH4) com o gás cloro (Cl2), na presença de luz. Esse
processo, denominado halogenação, é um tipo de reação de substituição em hidrocarbonetos.
Considere os dados a seguir e faça o que se pede.
Dados: Valores médios de algumas energias de ligação em kJ/mol, a 25ºC e 1atm
LIGAÇÃO ENERGIA
H H
436
Cl Cl
242
C H
413
H Cl
431
C Cl
327
a)
b)
c)
d)
Escreva a fórmula eletrônica de Lewis dos gases: metano, cloro e tetracloreto de carbono.
Equacione e balanceie a reação entre o gás metano e o gás cloro.
Calcule a energia da reação ( H) entre o gás metano e gás cloro.
Calcule a massa produzida de tetracloreto de carbono quando 0,2 mols de metano reagem
completamente com gás cloro.
Gabarito:
a) CH4(g) + 4Cl2(g)
CCl4(g) + 4HCl(g)
b) H = Hrompidas + Hformadas
H = 2620 + (–3032)
Hm = –412 kJ/mol
Rompidas
4 C–H = 4 x 413
4 mCl–Cl = 4 x 242___
–2620 kJ/mol
Formadas
4 C–Cl = 4 x 327
4 H–Cl = 4 x 431___
–3032 kJ/mol
c) 30,8 g de CCl4 produzido
SÉRIE CASA
1. (UFBA/2007/2ªFase) O nitrogênio é um dos elementos químicos essenciais aos seres vivos. É
encontrado em muitos compostos importantes para a manutenção da vida, como as proteínas, os ácidos
nucléicos, as vitaminas e os hormônios. Os animais são incapazes de sintetizar compostos complexos
de nitrogênio de que necessitam, a partir de substâncias menos complexas, como fazem as plantas.
8
O nitrogênio é continuamente reciclado na natureza de várias formas como é mostrado, resumidamente, na
ilustração. Microorganismos convertem compostos de nitrogênio presentes em dejetos de animais e em
plantas e animais mortos, em nitrogênio gasoso, N2(g), o qual retorna à atmosfera. Para que a cadeia
alimentar seja mantida, o N2(g) atmosférico é convertido, no solo, por bactérias, em compostos que as
plantas podem utilizar — a exemplo da amônia e de íons nitrato — e então incorporá-los. Em razão da
estabilidade dessa molécula, que possui energia de ligação elevada, a fixação do nitrogênio no solo ocorre
a partir da ação da enzima nitrogenase encontrada em bactérias que vivem nos nódulos das raízes de
plantas, como as leguminosas. Essa enzima catalisa a conversão de N2(g) em amônia.
(BROWN e outros, 2005, p. 517).
Ligação
química
N
O
N
Entalpia média
padrão de ligação
(kJ mol 1)
941
495
607
N
O
O
N2 (g)
O2 (g)
2NO(g)
Com base na análise da ilustração, nas informações do texto e da tabela e na equação química
representada,
•
•
identifique, considerando a manutenção da cadeia trófica, uma das etapas de oxidação e uma das
etapas de redução no ciclo de nitrogênio e explique a ação catalítica da enzima nitrogenase, em termos
cinético e de energia, na conversão de nitrogênio gasoso em amônia, no ciclo de nitrogênio;
determine o valor estimado da variação de entalpia de reação entre o nitrogênio e o oxigênio gasosos.
Gabarito:
Uma das etapas de oxidação é NH3 (aq) NO3 (aq) e uma das etapas de redução é N 2 (g) NH 3 (aq) .
A enzima nitrogenase diminui a energia de ativação da reação de conversão do N 2(g) em NH3, aumentando
a velocidade de reação.
Valor estimado da variação de entalpia da reação entre o nitrogênio e o oxigênio de acordo com a equação
química N 2 (g) O 2 (g) 2 NO(g) .
Sendo H1 a entalpia de ligações rompidas e H 2 a entalpia de ligações formadas, tem-se:
H1
H2
H N N H O O 941kJ 495kJ
2H N O 2.607kJ 1214kJ
H reação
1436kJ 1214kJ
1436kJ
222kJ
2. (UFPE/2007) Utilize as energias de ligação da Tabela abaixo para calcular o valor absoluto do
formação (em kJ/mol) do cloro-etano a partir de eteno e do HCl.
Energia /
Energia /
Ligação
kJ / mol
kJ / mol
H H
435
C Cl
339
C C
345
C H
413
C C
609
H Cl
431
Ligação
Gabarito: 57
9
H de
3. (FUVEST SP/2003/2ªFase)
O 2-metilbutano pode ser obtido pela hidrogenação catalítica, em fase
gasosa, de qualquer dos seguintes alcenos isoméricos:
2-metil-2-buteno + H2
2-metilbutano
H1 = – 113 kJ/mol
2-metil-1-buteno + H2
2-metilbutano
H2 = – 119 kJ/mol
3-metil-1-buteno + H2
2-metilbutano
H3 = – 127 kJ/mol
a) Complete o esquema a seguir com a fórmula estrutural de cada um dos alcenos que faltam. Além disso,
ao lado de cada seta, coloque o respectivo H de hidrogenação.
Entalpia (H)
CH3
CH 3CHCH=CH2
CH3
CH 3CHCH 2CH3
b) Represente, em uma única equação e usando fórmulas moleculares, as reações de combustão completa
dos três alcenos isoméricos.
c) A combustão total de cada um desses alcenos também leva a uma variação negativa de entalpia. Essa
variação é igual para esses três alcenos? Explique.
Gabarito:
b) 2C5H10 + 15O2
10CO2 + H2O
c) Observando o gráfico termoquímico dado, conclui-se que os isômeros apresentam diferentes Hf. Então,
na combustão, assim como na hidrogenação, os calores de reação serão diferentes.
4. (UFRJ/1993) O diagrama a seguir contém valores das entalpias das diversas etapas de formação do
NaCl(s), a partir do Na(s) e do Cl2(g).
a) Determine, em kcal, a variação de entalpia ( H) da reação: Na(s) + (1/2)Cl2 (g)
b) Explique porque o NaCl é sólido na temperatura ambiente.
Gabarito:
a) – 98,2kcal
b) porque trata-se de um composto iônico.
10
NaCl(s).
TEXTO: 1 - Comum à questão: 05
A redução das concentrações de gases responsáveis pelo efeito estufa constitui o desafio central do
trabalho de muitos pesquisadores. Uma das possibilidades para o seqüestro do CO 2 atmosférico é sua
transformação em outras moléculas. O diagrama a seguir mostra a conversão do gás carbônico
em metanol.
5. (UFRJ/2008)
a) Indique as etapas endotérmicas e exotérmicas.
b) Calcule a variação da entalpia na conversão do CO2 em metanol.
Gabarito:
a) Etapa endotérmica: II
Etapas endotérmicas: I
b) H 40kJ
III
II e III
IV
AULA 03 – TERMOQUÍMICA – SÉRIE AULA
1. (UFTM MG/2008/2ªFase) O ácido nítrico, HNO3, é um dos ácidos mais utilizados na indústria química, e
o primeiro método sintético para sua produção ocorreu na Noruega, em 1903, processo chamado de
Birkeland-Eyde, que consistia das seguintes etapas:
I. reação entre os gases nitrogênio e oxigênio, utilizando arco voltaico à temperatura acima de 3 000 ºC,
para obtenção do monóxido de nitrogênio;
II. oxidação do monóxido de nitrogênio com oxigênio para obtenção do dióxido de nitrogênio;
III. reação do dióxido de nitrogênio com água para obtenção do ácido nítrico e do monóxido de nitrogênio.
Esse método é obsoleto, devido ao elevado custo de energia elétrica utilizada. O método atual, método de
Ostwald, utiliza a amônia como matéria-prima. O ácido nítrico também pode ser obtido, sob condições
adequadas, a partir da reação do pentóxido de dinitrogênio com água:
N2O5 (g)
H2O (l)
2 HNO3 (aq)
Dadas as equações termoquímicas:
N2 (g)
3 O2 (g)
2 H2 (g)
O2 (g)
2 N2 (g)
5 O2 (g)
H2 (g)
2 HNO3 (aq)
2 H2O (l)
2 N2O5 (g)
ΔHº
– 415 kJ
ΔHº
– 572 kJ
ΔHº
22 kJ
a) Referente ao processo Birkeland-Eyde, escreva a equação química global para a produção do
ácido nítrico.
b) Utilizando as equações termoquímicas, calcule a entalpia-padrão da reação de formação do ácido nítrico
a partir da reação do pentóxido de dinitrogênio e água.
Gabarito:
a) N 2 2 O 2 2 H 2 O
b) H 70 kJ / mol
2 HNO3
11
2. (UEG GO/2006/Janeiro)Nos processos industriais, a termoquímica tem sido muito empregada para o
aproveitamento do calor do sistema em trocas térmicas, as quais geram benefícios econômicos para as
indústrias. Muitas reações químicas liberam calor, e esse calor pode ser estimado a partir da variação de
entalpia de outras reações químicas.
Considerando este assunto e a reação de formação do benzeno (C 6H6), responda ao que se pede:
6 C(grafite) 3H2(g)
O2(g)
CO2(g)
ΔH0
94,1kcal mol
1
II. H2(g) 1/ 2O2(g)
H2O( )
ΔH0
68,4kcal mol
1
I.
C(grafite)
C6H6()
II. C6H6(  ) 15 / 2O2(g)
6CO2(g)
ΔH0
3H2O( )
781,0kcal mol 1
a) Calcule a variação de entalpia para a reação de formação do benzeno (C 6H6), a partir das demais
reações, cuja variação de entalpia é conhecida.
b) Classifique a reação de formação do benzeno em exotérmica ou endotérmica.
Gabarito:
a) ΔH 11,3kcal/mol
b) endotérmica, uma vez que a variação de entalpia é positiva.
3. (UERJ/2006/2ªFase) Mudanças de estado físico e reações químicas são transformações que produzem
variações de energia.
As equações termoquímicas a seguir exemplificam algumas dessas transformações e suas
correspondentes variações de energia ocorridas a 25ºC e 1 atm.
I.
H 2 O(  )
H 2 O ( v)
II. C2 H5OH()
H
44,0 kJ mol
C2 H5OH(v)
H
1
42,6 kJ mol
1
III. C2 H5OH() 3 O2(g)
2 CO2(g) 3H 2O()
H
x kJ mol
1
IV. C2 H5OH(v) 3 O2(g)
2 CO2(g) 3H 2O(v)
H
y kJ mol
1
a) Classifique a equação I quanto ao aspecto termoquímico e identifique o tipo de ligação intermolecular
rompida na transformação exemplificada pela equação II.
b) Com base na Lei de Hess, calcule a diferença numérica entre a quantidade de calor liberada pela reação
III e a quantidade de calor liberada pela reação IV.
Gabarito:
a) endotérmica; ligação de hidrogênio
b) ΔH (89,4 x)kJ
4. (Unimontes MG/2007/2ªFase) Quando um sistema está em equilíbrio, como em mudança de fase,
praticamente não se cria entropia. A variação de entropia, Sº , é resultado exclusivo da absorção de
calor. Assim, a variação de entropia pode ser calculada pela razão entre a quantidade de calor (q)
absorvida e a temperatura absoluta (T) de mudança ou transição de fase, Sº q / T .
3
O calor de vaporização ( Hº vap ) do tetracloreto de carbono, CCl4, a 25ºC, é 43,0 x 10 J/mol:
CCl4 (l)
CCl4 (g)
ΔH0vap
43,0 103 J / mol
Se um mol de tetracloreto de carbono líquido, a 25ºC, tem a entropia 214 J/K, CALCULE:
a) a variação de entropia, Sº , no equilíbrio.
b) a entropia de 1mol de vapor em equilíbrio com o líquido, a 25ºC.
Gaarito:
a) 144,29 J/K
b) 358,29 J/K
12
5. (UFSC/1995) A termodinâmica propõe para o cálculo de G a equação G = H - T S, válida para
pressão e temperatura constantes.
Em relação ao processo: H2O(l)
H2O(v) temos H = 9713 cal/mol (1 atm) e S = 26,04 cal/K. mol
(1 atm). Determine a temperatura, em graus Celsius, a partir da qual, a vaporização da água é
espontânea nas condições ambientes (K = ºC + 273).Para assinalar no cartão-resposta, divida seu
resultado por dois (2).
o
Gabarito: 50 C
SÉRIE CASA
1. (UFG GO/2011/2ªFase) No Brasil, parte da frota de veículos utiliza etanol obtido da cana-de-açúcar
como combustível em substituição à gasolina. Entretanto, o etanol pode ser obtido de outras formas,
como a reação entre água e etileno, representada pela equação química abaixo.
C2H4 (g) + H2O (l)
C2H5OH (l)
a) Calcule a variação de entalpia dessa reação a partir das seguintes equações termoquímicas
não balanceadas:
C2H4 (g) + O2 (g)
CO2 (g) + H2O (l)
C2H5OH (l) + O2 (g)
CO2 (g) + H2O (l)
∆H = –1.430,0 kJ/mol de C2H4
∆H = –1.367,1 kJ/mol de C2H5OH
b) Identifique a natureza do processo quanto à variação de entalpia na obtenção do etanol.
Gabarito:
–1
a) C2H4 (g) + H2O(l)
C2H5OH (l) ∆ = – 62,9 kJ mol
b) O processo é exotérmico, pois a entalpia é negativa.
2. (UFG GO/2009/Julho) Uma das técnicas utilizadas na produção do etanal comercial é baseada na
adição de água ao etino. As análises da combustão do etino e do etanal em um calorímetro forneceram
valores de entalpias de -1301 e -1167 kJ/mol, respectivamente. Com base nestas informações,
determine se a reação de adição de água ao etino é exotérmica ou endotérmica. Demonstre os cálculos
realizados para se chegar à conclusão.
Gabarito:
A reação do etino com água é exotérmica.
3. (UFABC SP/2009) Considere as seguintes informações sobre duas variedades alotrópicas do
elemento carbono:
Variedade alotrópica Entalpia de formação Densidade
Carbono diamante
0,45kcal/mol
2,2g
cm–3
Carbono grafita
zero
3,5g
cm–3
–1
a) Sendo a entalpia de combustão completa do Carbono diamante igual a –xkcal mol , qual deve ser a
entalpia de combustão do carbono grafita? Justifique.
b) Como interpretar, em termos de arranjos atômicos, o fato de a densidade do diamante ser maior do que
a do Carbono grafita, uma vez que ambos são formados por átomos de um mesmo elemento químico?
13
Gabarito:
a) H1 é a entalpia de combustão completa do carbono grafita. É igual –x + 0,45 kcal
b)
Para massas iguais, o arranjo mais compacto apresentara menor volume, portanto, maior densidade, o que
ocorre com o diamante.
O examinador trocou as densidades do grafita e do diamante informados na tabela.
4. (UFG GO/1996/2ªFase) Observe os diagramas de energia de duas reações químicas, nas
CNTP, a seguir:
Classifique essas reações de acordo com:
a) o calor de reação. Justifique.
b) a espontaneidade da reação. Justifique.
Gabarito:
a) reação I é do tipo endotérmica e reação II é do tipo exotérmica, uma vez que o calor de reação é uma
medida da variação de entalpia do sistema, quando a pressão é mantida constante.
b) de acordo com Gibbs uma variação negativa denota uma reação espontânea enquanto que uma
variação positiva denota uma reação não espontânea. Assim, a reação I é espontânea e a reação II é do
tipo não espontânea.
5. Na reação de transformação de X em Y os dados termodinâmicos encontram-se na tabela abaixo:
a) O processo é endotérmico ou exotérmico?
b) Qual a temperatura de equilíbrio?
c) Qual a energia de organização para que o sistema atinja o equilíbrio?
Gabarito:
a) Exotérmico
b) T = 4000 K
c) T.∆S = -120 KJ
14