Química – Frente IV – Físico-química
Prof. Vitor Terra
Lista 06 – Termoquímica – Outros Tipos de ΔH e Energia de Ligação
RESUMO
EXERCÍCIO RESOLVIDO
ΔH nas mudanças de estado: o ΔH quando 1
mol de substância muda de estado físico recebe o nome
da própria mudança de estado. Por exemplo:
Tente fazer o exercício antes de olhar a
resolução. Quando for ler a resolução, observe
cuidadosamente cada um de seus passos.
H2O (l) → H2O (g), ΔH = + 43,7 kJ/mol
A entalpia de vaporização da H2O é 43,7 kJ/mol
Calcule o ΔH da seguinte reação, em kcal/mol:
2 HBr (g) + Cl2 (g) → 2 HCl (g) + Br2 (g)
H2O (l) → H2O (s), ΔH = – 6 kJ/mol
A entalpia de solidificação da H2O é – 6 kJ/mol
Dados:
Ligação
ΔH de combustão ou entalpia de combustão de
uma substância é o ΔH da reação de combustão
completa (produtos: CO2 e H2O) de 1 mol dessa
substância, considerando todas as substâncias
envolvidas no estado padrão.
O ΔH de combustão é sempre negativo, pois
reações de combustão são, por definição, exotérmicas.
Energia de ligação é a quantidade de energia
absorvida na quebra de 1 mol de uma ligação química,
com as substâncias envolvidas no estado gasoso.
H2 (g) → 2 H (g) , ΔH = 435,5 kJ/mol
Energia da ligação H – H: 435,5 kJ/mol
H – Br
Cl – Cl
H – Cl
Br – Br
Energia de ligação
(kcal/mol)
87,4
57,9
103,1
46,1
Resolução
Todos os reagentes e produtos estão no estado
gasoso, então podemos usar diretamente as energias de
ligação para calcular o ΔH. O esquema abaixo mostra as
ligações nos reagentes e nos produtos e as energias
correspondentes:
O2 (g) → 2 O (g), ΔH = 497,8 kJ/mol
Energia da ligação O = O: 497,8 kJ/mol
CH4 (g) → C (g) + 4 H (g), ΔH = 1651,6 kJ/mol
Cada mol de CH4 tem 4 mols de ligações C – H
Energia da ligação C – H: 1651,6 / 4 = 412,9 kJ/mol
Quanto maior a energia de ligação:
- mais difícil é a quebra da ligação
- menor é o comprimento de ligação (distância
média entre os átomos)
EX≡Y > EX=Y > EX–Y
Etripla > Edupla > Esimples
𝚫H =
As ligações dos reagentes são quebradas, então
são absorvidos 232,7 kJ (sinal positivo no ΔH). As
ligações dos produtos são formadas, então são liberados
252,3 kJ (sinal negativo no ΔH). Portanto:
ΔH = 232,7 – 252,3
Para calcular o ΔH de uma reação a partir das
energias de ligação, lembre-se de que é necessário:
- quebrar as ligações dos reagentes (absorvendo
energia)
- formar as ligações dos produtos (liberando
energia)
soma das energias
de ligação dos –
reagentes
(lig. quebradas)
Energia de ligação dos reagentes: 232,7 kJ
Energia de ligação dos produtos: 252,3 kJ
𝚫H = – 19,6 kcal/mol
Observação: também podemos ver o problema
sob o ponto de vista da Lei de Hess. As energias de
ligação dadas na tabela correspondem às seguintes
equações termoquímicas:
soma das energias
de ligação dos
produtos
(lig. formadas)
HBr (g) → H (g) + Br (g), ΔH1 = 87,4 kcal/mol
Cl2 (g) → 2 Cl (g),
ΔH2 = 57,9 kcal/mol
HCl (g) → H (g) + Cl (g), ΔH3 = 103,1 kcal/mol
Br2 (g) → 2 Br (g),
ΔH4 = 46,1 kcal/mol
Para obter a equação pedida, vamos:
- multiplicar a primeira equação por 2;
- manter a segunda equação;
- multiplicar por 2 e inverter a terceira equação;
- inverter a quarta equação;
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Química – Termoquímica
1
Somando tudo, temos:
2 HBr (g) → 2 H (g) + 2 Br (g), 2𝚫H1
ΔH2
Cl2 (g) → 2 Cl (g),
2 H (g) + 2 Cl (g) → 2 HCl (g),
2 Br (g) → Br2 (g),
+
– 2𝚫H3
– ΔH4
2 HBr (g) + Cl2 (g) → 2 HCl (g) + Br2 (g)
𝚫H = 2𝚫H1 + ΔH2 – 2ΔH3 – 𝚫H4
ΔH = 2·(87,4) + 57,9 – 2∙(103,1) – 46,1
ΔH = 174,8 + 57,9 – 206,2 – 46,1
16) O calor de liquefação do enxofre é igual a + 0,30
kcal/mol.
32) O calor de sublimação do enxofre é igual a +11,28
kcal/mol.
3. (UFMG) Um béquer aberto, contendo acetona,
é mergulhado em outro béquer maior, isolado
termicamente, o qual contém água, conforme mostrado na
figura. A temperatura da água é monitorada durante o
processo de evaporação da acetona, até que o volume
desta se reduz à metade do valor inicial. Escolha a
alternativa cujo gráfico descreve qualitativamente a
variação da temperatura registrada pelo termômetro
mergulhado na água, durante esse experimento.
𝚫H = – 19,6 kcal/mol
O resultado obtido é o mesmo, como era
esperado. No fundo, o que todas essas contas querem
dizer é que podemos usar o seguinte caminho pra calcular
o ΔH:
O ΔH vai ser o mesmo, não importa o caminho
entre os reagentes e produtos.
4. (Unesp) Na fabricação de chapas para circuitos
eletrônicos, uma superfície foi recoberta por uma camada
de ouro, por meio de deposição a vácuo.
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
Os
primeiros
8
exercícios
envolvem
diretamente assuntos anteriores (só que com
mudança de estado e combustão). Os exercícios de
energia de ligação começam a partir do 9.
1. (PUC-RS) Considerando as transformações:
conclui-se que ocorre transformação endotérmica
apenas em
a) I
b) II
c) III
d) I e II
e) II e III
2. (UEM-PR - Adaptada) Dadas as reações a
seguir, a 25 °C e 1 atm:
a) Sabendo que para recobrir esta chapa foram
necessários 2.1020 átomos de ouro, determine o custo do
ouro usado nesta etapa do processo de fabricação.
Dados:
Massa molar do ouro: Au = 197
1g de ouro = R$ 37,00 ("Folha de S. Paulo", 20/10/2010)
b) No processo de deposição, ouro passa diretamente do
estado sólido para o estado gasoso. Sabendo que a
entalpia de sublimação do ouro é 370 kJ/mol, a 298 K,
calcule a energia mínima necessária para vaporizar esta
quantidade de ouro depositada na chapa.
5. (Mackenzie) Observando o diagrama a seguir,
é correto afirmar que:
I) S(s) + O2(g) → SO2(g), ΔH = – 70,92 kcal/mol
II) S(l) + O2(g) → SO2(g), ΔH = – 71,22 kcal/mol
III) S(g) + O2(g) → SO2(g), ΔH = – 82,20 kcal/mol
e considerando a entalpia padrão do S(s) e a do
O2(g) iguais a zero e S = 32 g/mol, identifique o que for
correto.
01) O calor de fusão do enxofre é igual a + 0,30 kcal/mol.
02) O calor de fusão do enxofre é igual a – 11,28 kcal/mol.
04) O calor de vaporização do enxofre é igual a
+ 11,28 kcal/mol.
08) O calor de vaporização do enxofre é igual a – 11,58
kcal/mol.
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Dadas as massas molares (g/mol): H=1 e O=16
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2
a) para vaporizar 18g de água são liberados 10,5 kcal.
b) o calor de reação, na síntese da água líquida, é igual ao
da água gasosa.
c) a entalpia molar de vaporização da água é +10,5 kcal.
d) a síntese da água gasosa libera mais calor que a da
água líqüida.
e) o ∆H na síntese de água gasosa é igual a
- 126,1kcal/mol.
6. (Cesgranrio-RJ) Observe o gráfico a seguir:
8. (Unesp) O metanol é um combustível que
recentemente assumiu grande importância em nosso
país. Ele pode ser preparado sinteticamente através da
reação de CO em egundo a reação:
CO(g) + 2 H2(g) → CH3OH(l)
Essa reação processa-se sob pressão e em presença de
catalisador.
O calor da combustão do metanol a 25°C é de -727 kJ por
mol de metanol. Os produtos da combustão são CO2
gasoso e H2O líquida.
As entalpias de formação a 25°C de CO gasoso, CO2
gasoso e de H2O líquida são, respectivamente, -110, -393
e -286 kJ/mol.
Determine o calor da reação, indicando o procedimento
utilizado para o cálculo.
9. Fazer os seguintes exercícios da apostila (Aula
11, pag. 80, Atividades Propostas):
7, 8, 9, 10
O valor da entalpia de combustão de 1 mol de
SO2(g), em kcal, a 25°C e 1atm, é:
a) - 71.
b) - 23.
c) + 23.
d) + 71.
e) + 165.
10. (Mackenzie)
C2H4(g) → 2 C(g) + 4 H(g)
∆H = + 542 kcal/mol
Na reação representada pela equação anterior,
sabe-se que a energia da ligação C-H é igual a
98,8kcal/mol. O valor da energia de ligação C=C, em
kcal/mol, é:
7. (UERJ) Nos motores de combustão interna, o
sulfeto de hidrogênio, presente em combustíveis, é
convertido no poluente atmosférico óxido de enxofre IV,
como mostra sua equação de combustão abaixo.
H2S(g) + 3/2 O2(g) → SO2(g) + H2O(l)
O sulfeto de hidrogênio é extraído dos combustíveis por
um solvente que possui baixa polaridade molecular e
natureza ácido-básica oposta à sua. As entalpias-padrão
de formação de substâncias participantes na combustão
do sulfeto de hidrogênio são fornecidas adiante.
a) 443,2
b) 146,8
c) 344,4
d) 73,4
e) 293,6
11. (PUC-MG) Considere as seguintes energias
de ligação, todas nas mesmas condições de temperatura
e pressão:
H-H 104 kcal/mol
O=O 120 kcal/mol
O-H 110 kcal/mol
A variação de entalpia (∆H) na reação de
formação de H2O (g), em kcal, é:
O valor da entalpia-padrão de combustão do sulfeto de
hidrogênio em kJ x mol-1 é igual a:
a) - 4
b) - 56
c) - 106
d) + 56
e) + 106
a) - 562
b) - 602
c) - 1124
d) - 1204
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3
12. (Puccamp) São dadas as seguintes energias
de ligação:
15. (Fuvest) Pode-se conceituar energia de
ligação química como sendo a variação de entalpia (∆H)
que ocorre na quebra de 1 mol de uma dada ligação.
Assim, na reação representada pela equação:
NH3(g) → N(g) + 3 H(g); ∆H = 1170 kJ/mol NH3
são quebrados 3 mols de ligação N-H, sendo, portanto, a
energia de ligação N-H igual a 390 kJ/mol. Sabendo-se
que na decomposição:
N2H4(g) → 2N(g) + 4H(g); ∆H = 1720 kJ/mol N2H4,
Com os dados fornecidos é possível prever que a reação
2 HCl(g) + F2(g) → 2 HF(g) + Cl2(g)
tenha ∆H, em kJ, da ordem de
a) - 584,9, sendo endotérmica.
b) - 352,3, sendo exotérmica
c) - 220,9, sendo endotérmica
d) + 220,9, sendo exotérmica.
e) + 352,3, sendo endotérmica.
13. (Mackenzie) Dadas as energias de ligação em
kcal/mol,
são quebrados ligações N-N e N-H, qual o valor, em
kJ/mol, da energia de ligação N-N ?
a) 80
b) 160
c) 344
d) 550
e) 1330
16. (Unirio) O gás cloro (Cl2), amareloesverdeado, é altamente tóxico. Ao ser inalado, reage com
a água existente nos pulmões, formando ácido clorídrico
(HCl), um ácido forte capaz de causar graves lesões
internas, conforme a seguinte reação:
H-H: 104,0
Br-Br: 45,0
H-Br: 87,0;
o ∆H da reação ½ H2 + ½ Br2 → HBr é igual a:
a) + 62,0 kcal.
b) +149,0 kcal.
c) - 12,5 kcal.
d) - 236,0 kcal.
e) - 161,5 kcal.
Utilizando os dados constantes na tabela anterior,
marque a opção que contém o valor correto da variação
de entalpia verificada, em KJ/mol.
14. (Unicamp) Por "energia de ligação" entendese a variação de entalpia (∆H) necessária para quebrar um
mol de uma dada ligação. Este processo é sempre
endotérmico (∆H > 0). Assim, no processo representado
pela equação
CH4(g) → C(g) + 4 H(g); ∆H = 1663 kJ/mol,
são quebrados 4 mols de ligações C-H, sendo a energia
de ligação, portanto, 416 kJ/mol.
a) + 104
b) + 71
c) + 52
d) - 71
e) – 104
17. (Unicamp) A hidrazina (H2N-NH2) tem sido
utilizada como combustível em alguns motores de foguete.
A reação de combustão que ocorre pode ser
representada, simplificadamente, pela seguinte equação:
Sabendo-se que no processo
H2N – NH2(g) + O2(g) → N2(g) + 2 H2O(g)
C2H6(g) → 2 C(g) + 6 H(g); ∆H = 2826 kJ/mol
são quebradas ligações C-C e C-H, qual o valor da energia
de ligação C-C? Indique os cálculos com clareza.
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A variação de entalpia dessa reação pode ser estimada a
partir dos dados de entalpia das ligações químicas
envolvidas. Para isso, considera-se uma absorção de
energia quando a ligação é rompida, e uma liberação de
energia quando a ligação é formada. A tabela abaixo
apresenta dados de entalpia por mol de ligações
rompidas.
Química – Termoquímica
4
a) - 92,5
b) - 185
c) - 247
d) + 185
e) + 92,5
20. (PUC-SP) Dados: Entalpia de ligação
H - H = 435 kJ/mol
N - H = 390 kJ/mol
A reação de síntese da amônia, processo
industrial de grande relevância para a indústria de
fertilizantes e de explosivos, é representada pela equação
N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g); ∆H = - 90 kJ
a) Calcule a variação de entalpia para a reação de
combustão de um mol de hidrazina.
b) Calcule a entalpia de formação da hidrazina sabendose que a entalpia de formação da água no estado gasoso
é de -242 kJ mol-1.
18. (Unicamp) A variação de entalpia de uma
reação na fase gasosa, ΔHr, pode ser obtida indiretamente
por duas maneiras distintas:
1) pela diferença entre as entalpias de formação,
ΔHf, dos produtos e dos reagentes;
2) pela diferença entre as entalpias de ligação,
ΔHl, das ligações rompidas e das ligações formadas.
A partir dos dados fornecidos, determina-se que a entalpia
de ligação contida na molécula de N2 é igual a
a) - 645 kJ/mol
b) 0 kJ/mol
c) 645 kJ/mol
d) 945 kJ/mol
e) 1125 kJ/mol
21. (UFRGS) Abaixo é apresentado um quadro
com algumas energias de ligação no estado gasoso.
Ligação
Considerando a reação e as tabelas abaixo:
H–H
Cl – Cl
O=O
N≡N
H – Cl
H – Br
H–I
Energia
de ligação
(kJ/mol)
470,7
242,5
489,2
940,8
431,5
365,9
298,6
São feitas as seguintes afirmações:
a) Determine o valor de ΔHr
b) Calcule a entalpia de formação para o H3C-Cl
19. (Fuvest) Com base nos dados da tabela,
I. É preciso mais energia para decompor a molécula de
oxigênio do que para decompor a molécula de nitrogênio.
II. A molécula de HCl deve ser mais estável do que as
moléculas de HBr e HI.
III. Entre as moléculas gasosas H2, O2 e Cl2, a molécula
de Cl2 é a menos estável.
IV. A reação H2 (g) + Cl2 (g) → 2 HCl (g) deve ser
endotérmica.
Identifique as alternativas corretas.
a) Apenas I e II.
b) Apenas I e III.
c) Apenas II e III.
d) Apenas I, III e IV
e) Apenas II, III e IV.
pode-se estimar que o ∆H da reação representada por
H2 (g) + Cl2 (g) → 2 HCl (g)
dado em kJ por mol de HCl(g), é igual a:
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5
22. (Fuvest) Buscando processos que permitam o
desenvolvimento sustentável, cientistas imaginaram um
procedimento no qual a energia solar seria utilizada para
formar substâncias que, ao reagirem, liberariam energia:
entalpia de formação do CH3OH (l), e em seguida utilizar
esse dado para encontrar o ΔH da reação pedida.
10. Essa é a estrutura do C2H4 (eteno):
Ou seja, ocorre a quebra de uma ligação C=C e
quatro ligações C – H na reação dada.
11. Reação de formação da H2O (g):
H2 (g) + 1/2 O2 (g) → H2O (g)
Considere as seguintes reações:
Nos reagentes, são quebrados 1 mol de ligações
H – H e 1/2 mol de ligações O = O. Nos produtos, são
formados 2 mols de ligações O – H (pois cada molécula
de H2O tem duas ligações O – H)
I) 2 H2 + 2 CO → CH4 + CO2
II) CH4 + CO2 → 2 H2 + 2 CO
e as energias médias de ligação:
12. Note que as energias dadas na tabela são
negativas, porque elas se referem à formação das
ligações. Isso é diferente da definição de energia de
ligação que vimos, mas não prejudica a resolução da
questão.
H – H: 4,4 x 10² kJ/mol
C ≡ O (CO): 10,8 x 10² kJ/mol
C = O (CO2): 8,0 x 10² kJ/mol
C – H: 4,2 x 10² kJ/mol
A associação correta que ilustra tal processo é
a)
b)
c)
d)
e)
Reação que
ocorre em B
I
II
I
II
I
Conteúdo de D
Conteúdo de E
CH4 + CO2
CH4 + CO2
H2 + CO
H2 + CO
CH4
CO
H2 + CO
CH4 + CO2
CH4 + CO2
CO
Ou seja, ocorre a quebra de uma ligação C – C e
seis ligações C – H na reação dada. Note que a ideia desta
questão é a mesma que a da questão 10.
DICAS
Tente fazer o exercício primeiro antes de olhar
as dicas.
2. Nesse exercício, fazer um esboço do gráfico de
entalpia versus caminho da reação pode ajudar.
Além disso, “calor de fusão” e “entalpia de fusão”
significam a mesma coisa nesse contexto, bem como
“calor de vaporização” quer dizer “entalpia de
vaporização”, e assim por diante.
3. Enquanto a acetona vai evaporando, ela
continua absorvendo calor da água, ou seja, a
temperatura da água continua diminuindo. Em qual das
alternativas a temperatura da água está sempre
diminuindo?
8. Reação da combustão do metanol:
CH3OH (l) + 3/2 O2 → CO2 (g) + 2 H2O (l)
Uma possível maneira de resolver a questão é
usar os dados da reação de combustão para encontrar a
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14. Essa é a estrutura do C2H6 (etano):
15. Essa questão é bastante parecida com a
questão 14. Se o N2H4 tem ligações N – H e N – N, como
fica a estrutura dele? Quantas ligações de cada tipo ele
tem?
16. Estrutura do HClO:
17. a) Antes de fazer contas, note que essa é uma
reação de combustão. Devemos esperar um ΔH positivo
ou negativo? Essa é uma boa maneira de checar o
resultado obtido.
18. Cuidado com a forma que a questão fornece
as energias de ligação: o valor correspondente a H 3C – H
(435 kJ/mol) é a energia da ligação C – H no CH4.
Da mesma forma, o valor correspondente a
H3C – Cl (452 kJ/mol) é a energia da ligação C – Cl no
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6
CH3Cl. Lembre-se de que o CH3Cl possui 3 ligações
C – H e 1 ligação C – Cl.
19. Atenção: a questão pede o ΔH em kJ por mol
de HCl. Note que o coeficiente do HCl na reação dada é
2.
21. Quanto maior for a energia de ligação, mais
difícil é quebrar a ligação e, portanto, mais estável é a
molécula.
22. Como B é um “reator endotérmico”, a reação
que ocorre nele deve ser endotérmica. Note a reação II é
simplesmente a reação I invertida. Calculando o ΔH de
uma delas, o ΔH da outra vai ter o sinal invertido.
Pelo esquema da figura, o conteúdo de E deve
conter os produtos da reação que ocorre em B, bem como
o conteúdo de D deve conter os reagentes.
GABARITO
Exercícios propostos
1. D
2. As afirmativas 01 e 32 são verdadeiras
3. D
4. a) R$ 2,43
b) 0,12 kJ
5. C
6. B
7. A
8. ΔH = - 128 kJ/mol
9. Gabarito na apostila
10. B
11. B
12. B
13. C
14. Energia da ligação C – C: 330 kJ/mol
15. B
16. B
17. a) ΔH = - 585 kJ/mol de hidrazina
b) ΔH°f,H2N-NH2 = 101 kJ/mol
18. a) ΔHr = - 206 kJ/mol
b) ΔH°f,H3C-Cl = - 189 kJ/mol
19. A
20. D
21. C
22. B
CASD Vestibulares
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