TURMA DE MEDICINA
VESPERTINO - módulo II - PARTE 02
QUÍMICA
EDUCANDO PARA SEMPRE
2014 - APOSTILA TURMA DE MEDICINA – MÓDULO II
QUÍMICA MINERAL
Prof. Borges
TERMOQUÍMICA 2
II) Cálculo do ΔHreação a partir dos gráficos:
1. Faça a analise do gráfico abaixo e escreva a equação que se pede com as respectivas variações de
entalpias(ΔH):
a) Formação do propano gasoso.
b) Combustão do propano gasoso.
2. A partir do gráfico abaixo, responda o que se pede.
o
a) Dê a equação de combustão do H2(g) com o respectivo ΔH comb.
o
b) Dê a equação de formação do H2O(l)com o respectivo ΔH f.
o
c) Dê a equação de formação do H2O(l)com o respectivo ΔH f.
o
d) Dê a equação de formação do H2O(s)com o respectivo ΔH f.
o
e) Dê a equação de formação do H2O(g)com o respectivo ΔH f.
1
2014 - APOSTILA TURMA DE MEDICINA – MÓDULO II
f)
Qual libera mais calor, a formação da água sólida, líquida ou gasosa?
o
g) Dê a equação de vaporização da água com o respectivo ΔH vap.
o
h) Dê a equação de vaporização da água com o respectivo ΔH fus.
i)
Calcule os calores latentes de vaporização e de fusão da água em cal/g.
(dado: H2O = 18g/mol)
3. Analise o gráfico a abaixo e dê o que se pede.
o
a) Equacione a combustão do metano com o respectivo ΔH comb.
o
b) Equacione a condensação da água com o respectivo ΔH cond.
c) Calcule o calor liberado na combustão do metano, quando se forma 9g de vapor de água. (Dado: H 2O =
18g/mol)
III) Cálculo do ΔHreação a partir de reações existentes:
O ΔH da reação pode ser calculado somando várias equações, pois ele só depende das entalpias final e
inicial da reação, independente do número de etapas.
Isto é conhecido como Lei de Hess, que determina que ΔH = Hprodutos – Hreagentes.
1. Considere as reações abaixo:
C(grafite)+ 2S(rombico)
CS2(l) H = +21 kcal/mol
C(grafite)+ O2(g)
CO2(g) H = –94 kcal/mol
Srombico)+ O2(g)
SO2(g)
H = –71 kcal/mol
a) Utilize as equações para calcular a entalpia de combustão(ΔHcomb) do sulfeto de carbono líquido.
2
2014 - APOSTILA TURMA DE MEDICINA – MÓDULO II
b) Calcule o calor envolvido na transformação de carbono diamante em carbono grafite, sabendo que:
C(grafite)+ O2(g)
CO2(g)
H = –94 kcal/mol
C(diam.)+ O2(g)
CO2(g)
H = –94,5 kcal/mol
o
2. Calcule a entalpia de formação (ΔH f) do metano, CH4(g).
o
Dados: Calores de reação(ΔH )
Dissociação do CO2(g) = + 94kcal/mol
Combustão do CH4(g) = -212kcal/mol
Combustão do H2(g) = -68kcal/mol
3. Sabendo que:
A queima de 15,2 g de CS2(l) libera 53 Kcal.
A queima de 120 g de grafite libera 940 Kcal.
A formação de 44,8 L de SO2(g) ,nas CNTP, libera 140 Kcal.
a) Equacione a combustão do CS2(l) com o respectivo ΔH.(dado: CS2 = 76g/mol)
b) Equacione a queima do grafite com o respectivo ΔH.(dado: C = 12g/mol)
c) Equacione a formação do SO2(g) com o respectivo ΔH.
d) Mostre, através da Lei de Hess, como podemos calcular o calor de formação do CS2(l), utilizando as equações
montadas nos itens anteriores.
3
2014 - APOSTILA TURMA DE MEDICINA – MÓDULO II
IV) Cálculo do ΔHreaçãoa partir dasenergias de ligações:
Importante!
Ligação rompida nos reagentes = absorve calor  H > 0
Ligação formada nos produtos = libera calor  H < 0
O ΔH é calculado pelo saldo energético entre o liberado e o absorvido no processo.
1. Considere os dados da tabela abaixo:
a) Qual o calor de atomização ou dissociação do HCl(g)?
b) Qual o calor necessário para romper a ligação Cl2(g), formando radicais livres?
c) Qual o calor liberado na formação de 1mol de ligações do tipo C – H?
d) Considere a reação CH4(g) + 3Cl2(g)  CHCl3(g) + 3HCl(g)
Complete as tabelas:
Ligações rompidas
Energia necessária
Ligações formadas
Energia liberada
Calcule o ∆H da reação.
1. Consulte a tabela abaixo e dê o que se pede.
4
2014 - APOSTILA TURMA DE MEDICINA – MÓDULO II
a) Calcule o calor de combustão do etano gasoso.
b) Calcule o calor de formação da água líquida.
c) Calcule o calor de combustão do etanol líquido.
d) A reação H2(g) + F2(g)  2HF(g) libera 200kj/mol. Calcule a energia de ligação (H – F).
V) estequiometria envolvendo oΔHreação:
1. Dados:
Hidrogenação do eteno = –32 Kcal/mol
Combustão do eteno = –337Kcal/mol
Combustão do etano = – 372 Kcal/mol
a)
Calcule o calor liberado na queima de 246 L de H2 a 27 ºC e 1 atm.(dado: R = 0,082)
b)
Calcule a massa de água que pode ser aquecida, de 25ºC a 55ºC ,com o calor liberado no item anterior.
o
(dado: calor específico da água = 1cal/g. C)
2.
Combustível
Hcombustão
242 KJ/mol
1230 Kj/mol
5110 KJ/mol
H2
Etanol
Isooctano
5
2014 - APOSTILA TURMA DE MEDICINA – MÓDULO II
a) Qual dos combustíveis libera maisenergia por Kg de combustível utilizado:
b) Qual dos combustíveis, etanol ou isooctano, libera mais CO 2(g), para uma mesma quantidade de energia
produzida na combustão?
c) Qual dos combustíveis líquidos, Gasolina (isooctano) ou álcool(etanol), é o mais vantajoso no ponto de vista
energético-monetário, em um posto onde 1litro de gasolina custa 2,85 reais e 1 litro de álcool custa 2,6 reais?
(dado:dálcool= 0,8g/mL; disooctano= 0,7g/mL)
3. O consumo de um certo carro 1.0, movido a álcool, é de 12,0 km/L. Sabendo-se que 40000 kJ de energia
foram necessários para o automóvel percorrer um determinado trajeto, considerando 100% de rendimento do
motor, pede-se:
3
Dados: (MMálcool= 46 g/mol; dálcool = 0,8 g/cm ; ΔHcomb(álcool) = –1.400kJ/mol, R = 0,082.)
a) Qual é aproximadamente o comprimento do trajeto ?
b) Qual o volume de CO2 liberado na atmosfera (1atm e 27 ºC) durante o trajeto?
4. Considere uma gasolina constituída apenas de etanol e de octano, com frações molares iguais a 0,2 e 0,8.
As entalpias de combustão do etanol e do octano são –1500kJ/mol e –5000kJ/mol, respectivamente.
A densidade dessa gasolina é 0,75 g/cm3 e a sua massa molar aparente, 80,1 g/mol da mistura.
a) Escreva as equações químicas que representam a combustão dosdois componentes dessa gasolina.
b)
Qual a energia liberada na combustão de 1,0 mol dessa gasolina?
c)
Qual a energia liberada na combustão de 1,0 litro dessa gasolina?
6
2014 - APOSTILA TURMA DE MEDICINA – MÓDULO II
5. Considere as reações químicas abaixo, todas a 25 ºC e 1atm de pressão:
I. C(grafite)+ 2Srombico)
CS2(l) H = +21 kcal
II. C(grafite) + O2(g)
CO2(g) H = –94 kcal
III. CS2(l) + O2(g)
SO2(g)+ CO2(g)
H = –257kcal
a)
Com base nestes dados, calcule a entalpia de combustão do enxofre rômbico, a 25 ºC e 1 atm de pressão,
em kcal/mol.
b)
Qual a massa de enxofre rômbico que deve ser queimada, para produzir calor suficiente para elevar a
temperatura de 200g de água, em 10 ºC?
6. Dissolvendo-se iodato de sódio em água o processo absorve calor conforme a reação abaixo:
+
NaIO3(s) + Aq  Na (aq) + IO3 (aq)
H = + 0,5 Kcal/mol
Calcule a massa de iodato de sódio que deve ser adicionado a 50 g de água para que a temperatura do
sistema baixe de 25ºC para 24ºC.
(Dados: NaIO3 = 198g/mol; calor específico da solução = 1,1 cal/gºC)
7. (UFES 2002) A queima total de uma massa de gás etano liberou 155,9 KJ de energia. Suponha-se que o gás
carbônico liberado na queima seja borbulhado em um litro de uma solução de hidróxido de sódio 0,45 mol/L,
de modo que todo o gás seja absorvido.
a) Escreva as equações químicas balanceadas, envolvidas nos processos acima.
b) Calcule a massa do gás queimado.
c) Calcule a massa do hidróxido de sódio necessário para absorver todo o gás liberado no processo de queima.
d) Calcule o pH final da solução de hidróxido de sódio.
Dados: (1) calores de formação (∆Hf) do gás carbônico = – 393,5 kJ/mol; da água líquida = – 285,8 kJ/mol; do
gás etano = –84,7 kJ/mol. (2) log 5 = 0,699.
7
2014 - APOSTILA TURMA DE MEDICINA – MÓDULO II
TERMOQUÍMICA - SÉRIE CASA
1. Dissolvendo-se brometo de amônio em água o processo absorve calor conforme a reação abaixo:
NH4Br(s) + Aq
NH+4(aq) + Br(aq)
H = + 4 Kcal/mol
Calcule a massa de brometo de amônio que deve ser adicionado a 200 g de água para que a temperatura do
sistema baixe de 15 ºC para 13 ºC.
(calor específico da solução = 1,2 cal/gºC)
2.
Dados:
Hidrogenação do eteno = –32 Kcal/mol
Combustão do eteno = –337Kcal/mol
Combustão do etano = – 372 Kcal/mol
a)
b)
Calcule o calor liberado na queima de 10 L de H2 a 27 ºC e 1 atm.
Calcule a massa de água que pode ser aquecida, de 20 ºC a 30 ºC ,com o calor liberado no item anterior.
3.
a) Calcule o calor da reação abaixo, por grama de NCl3
b) Qual o calor envolvido na reação anterior quando se gasta 4,48 L de Cl 2 nas CNTP?
Cl2 + N2  NCl3
Dados:
Energias de ligação (Kcal/mol)
Cl — Cl
58
N ≡N
226
N — Cl
110
4.
Combustível
H2
Etanol
Iso-octano
Hcombustão
242 KJ/mol
1230 Kj/mol
5110 KJ/mol
Qual dos combustíveis abaixo é mais vantajoso:
a) No ponto de vista energético, por mol de combustível.
b) No ponto de vista energético, por Kg de combustível.
c) No ponto de vista ambiental, por litro de combustível gasoso nas mesmas condições de P e T.
d) Qual dos combustíveis líquidos ,iso-octano ou álcool, é o mais vantajoso no ponto de vista energéticomonetário, sabendo que 1litro de gasolina custa 2,5 reais e 1 litro de álcool custa 1,6 real.
(dados: dálcool = 0,8g/mLdisooctano = 0,7g/mL)
5. Considere uma gasolina constituída apenas de etanol e de octano, com frações molares iguais. As entalpias
de combustão do etanol e do octano são –1368 e –5471 kJ/mol, respectivamente. A densidade dessa gasolina
é 0,72 g/cm3 e a sua massa molar aparente, 80,1 g/mol.
a) Escreva a equação química que representa a combustão de um dos componentes dessa gasolina.
b) Qual a energia liberada na combustão de 1,0 mol dessa gasolina?
c) Qual a energia liberada na combustão de 1,0 litro dessa gasolina?
6. (UFES - modificado) O consumo de um certo carro a álcool é de 8,0 km/L. Sabendo-se que 23.803 kJ de
energia foram necessários para o automóvel percorrer um determinado trajeto e considerando 100% de
rendimento do motor, pede-se:
Dados: (MMálcool= 46 g/mol; dálcool= 0,8 g/cm3; ΔHcomb(álcool) = –1.368 kJ/mol.)
a)
b)
Qual é aproximadamente o comprimento do trajeto ?
Qual o volume de CO2 liberado na atmosfera (1atm e 27 ºC) durante o trajeto?
7.
(CFO/2001) Considere as reações químicas abaixo, todas a 25 ºC e 1atm de pressão:
a) C(grafite)+ 2Srombico)
CS2(l) H = +21 kcal
b) C(grafite)+ O2(g)
CO2(g) H = –94 kcal
c) Srombico) + O2(g)
SO2(g)
H = –71 kcal
8
2014 - APOSTILA TURMA DE MEDICINA – MÓDULO II
a) Com base nestes dados, calcule a entalpia de combustão do sulfeto de carbono líquido, a 25 ºC e 1atm de
pressão, em kcal/mol:
b) Qual a massa de sulfeto de carbono que deve ser queimada, para produzir calor suficiente para elevar a
temperatura de um calorímetro de capacidade térmica 50 cal/ºC, onde existem 500 mL de água, em 20 ºC?
8. (UFMG) Os seguintes valores de energia de ligação são conhecidos, a 25 ºC.
A variação de entalpia, aproximada, para a reação de cloração do metano, onde se forma clorofórmio, pode
ser calculada pelas energias de ligações. Pede-se:
a) Calcular o calor envolvido no processo, citado acima, por mol de CH4.
b) Calcular o calor envolvido no processo, citado acima, por grama de Cl2.
9. (UFMG) Veículos movidos a hidrogênio já estão sendo utilizados há algum tempo. Um dos modos para a
estocagem desse combustível é na forma de hidretos metálicos, os quais podem ser reciclados. Hidretos
mistos, como o FeTiH2, são especialmente indicados.
a) Quantos litros de hidrogênio, nas CNTP, são liberados pela decomposição de 105,7 Kg de FeTiH 2? Qual é a
energia obtida pela combustão completa desse volume de gás? Hºf(H2O(l)) = –300 KJ · MoL-1)
b) Considerando que o calor de combustão de 1 Kg de gasolina é, aproximadamente, 50000 KJ, quantos
quilogramas de gasolina fornecem a mesma energia que 105,7 Kg de FeTiH 2?
10. (IME) Determine a massa de água que, com uma variação de temperatura de 30 ºC, fornece energia
equivalente ao calor de formação de um mol de sulfeto de carbono sólido.
Dados:
calor de combustão do sulfeto de carbono = –265 kcal/mol;
calor de formação do gás sulfuroso = –71 kcal/mol;
calor de formação do dióxido de carbono = –96 kcal/mol;
GABARITO - SÉRIE CASA
1. 12,5 g
2. a) 26,8 Kcal
b) 2680 g
3. a) – 1,07 Kcal/g de NCl3
b) –17,33 Kcal
4. a) iso-octano;
c) H2;
5. a) em aula;
6. a) 8 Km
b) H2;
b) 3419,5 KJ;
d) álcool
c) 30775,5 KJ
b) 856 L
7. a) –257 Kcal
b) 3.25 g de CS2
8. a) –72,6 Kcal
b) –0,34 Kcal
5
9. a) 22400 L; – 3 · 10 KJ
b) 6K g de gasolina
10. 900 g de água
9
2014 - APOSTILA TURMA DE MEDICINA – MÓDULO II
TERMODINÂMICA
TRABALHO DE EXPANSÃO/CONTRAÇÃO EM UMA REAÇÃO QUÍMICA
T = P.ΔV  P.V = nRT ou ainda P.ΔV = ΔnRT , Logo: T = ΔnRT
Ex. Calcule o trabalho de expansão, realizado a 127ºC, pela reação
1C3H8(g) + 7O2(g)
3 CO2(g) + 4 H2O(g)
a) Para as quantidades escritas na equação.(Dado: R = 2cal/K . mol)
b)
Em relação a um mol de CO2.
ENTROPIA E ENERGIA LIVRE DE GIBBS
A espontaneidade de uma transformação (física ou química) depende da desordem (entropia), do estado
de energia (entalpia) e da temperatura.
∆G = ∆H – T∆S
A entropia (S) aumenta com qualquer transformação espontânea em um sistema isolado. Ou seja, ∆S > 0
Obs.: A entropia de uma substância é zero no zero absoluto.
G é chamado de variação de ENERGIA LIVRE DE GIBBS e mede a espontaneidade de uma reação.
Se G <0, a reação é espontânea.
Se G >0, a reação é não-espontânea.
Se G = 0, a reação esta em equilíbrio.
1. 1)Considere a reação abaixo e os dados termodinâmicos da mesma.
C(grafite) + CO2(g)  2CO(g)
(Dados: H = +172 KJ/mol; S = + 176 J/K.mol)
o
a) Calcule o G da reação abaixo, a 27 C.
b) Forneça a temperatura(T) em que a mesma atinge o equilíbrio.
c) A reação é espontânea em temperaturas acima ou abaixo de T?
2. O calor de fusão do ferro é de 15KJ/mol, e a sua entropia de fusão é de 10 J/K.mol. Qual é o ponto de fusão
do Ferro?
3. O alumínio é um importante metal utilizado na indústria.
a) Calcule a temperatura de fusão do alumínio, sabendo que seu calor de fusão é 10,7 KJ/mol e a entropia de
fusão é 11,4 J/mol · K.
b) Calcule a energia de organização do alumínio no processo.
10
2014 - APOSTILA TURMA DE MEDICINA – MÓDULO II
o
4. Calcule a energia livre de Gibbs-padrão de formação de cloreto de amônio, a 25 C.
Dados: (SºN = 192J/K · mol; SºH = 130,6J/K · mol; SºCl = 223,0J/K · mol; SºNH Cl= 94,6J/K · mol; ∆Hof
2
2
2
4
NH4Cl = -314,4KJ/mol)
5. Calcule a energia livre de Gibbs-padrão molar de combustão do etano, a 25ºC.
Dados: (GºCO = -394,4KJ/mol; GºH O= -228,6KJ/mol; GºC H = -32,9KJ/mol; GºO = 0KJmol)
2
2
2 6
2
O etano queima em presença de oxigênio?
SÉRIE CASA
1.
Na reação de transformação de X em Y os dados termodinâmicos encontram-se na tabela abaixo:
Substância
X
Y
Entropia (cal/mol.K)
–70
–100
Entalpia de formação Kcal/mol
–90
–210
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?
2.
Complete a tabela indicando se o mesmo é espontâneo ou não.
G
H
S
–
+
–
–
+
–
+
+
Espontaneidade
3.
o
Calcule a variação de energia livre de Gibbs-padrão de formação do HCl a 27 C. Dados: (SoH =130J/K ·
2
o
o
o
mol; S Cl = 223J/K · mol; S HCl= 185J/K · mol;∆H f HCl = - 3KJ/mol)
2
4.
Qual das reações abaixo deve apresentar maior variação de entropia?
I – CH4(g) + 2O2(g)  CO2(g)+ 2H2O(l)
II – CH4(g) + 2O2(g)  CO2(g)+ 2H2O(g)
5.
Na reação de transformação de X em Y os dados termodinâmicos encontram-se na tabela abaixo:
Substância
X
Y
a)
b)
c)
d)
.
Entropia (cal/mol K)
– 100
–300
Entalpia de formação (Kcal/mol)
–287
–314
O processo é endotérmico ou exotérmico?
o
Considerando que a reação seja realizada a 27 C, a mesma é espontânea ou não espontânea?
Qual a temperatura em que a mesma torna-se espontânea?
Qual a energia de organização para que o sistema atinja o equilíbrio?
11
2014 - APOSTILA TURMA DE MEDICINA – MÓDULO II
6.
O calor de fusão do ouro é de 12,36 KJ/mol, e a sua entropia de fusão é de 9,250 J/K.mol. Qual é o ponto de
fusão do ouro?
1) a) -120Kcal/mol
b) T = 4000K
GABARITO:
c) 120000cal ou 120Kcal
2)
G
–
Depende da ―T‖
+
Depende da ―T‖
H
–
–
+
+
S
+
–
–
+
Espontaneidade
Sempre espontâneo
Espontâneo em ―T‖ elevadas
Nunca espontâneo
Espontâneo em temperaturas baixas
3) - 5550j ou 5,55Kj
4) A II, onde a água formada encontra-se no estado gasoso.
5)
a) ∆H = -27Kcal/mol, Exotérmica
b) ∆G>0, processo não espontâneo.
.
c) 0 > ∆H - T∆S, logo, 0 >-27000 – T (-200). Logo é espontâneo em T<135K
d) Atinge o equilíbrio quando ∆G = 0 (em T = 135K).
.
Logo: Energia de organização = T ∆S = 135. -200 = -27000Kcal
6) 0 = ∆H – T. ∆S ou ainda 0 = 12360 – T.9,25. Logo, T = 1336,21K
12
O UP Centro Educacional, com muito orgulho,
divide com você a alegria de ser a única escola
do ES a receber, em 2014, o reconhecimento
do Ministério da Defesa pela
qualidade de ensino de nossa escola.
Aproveitamos para parabenizar toda a nossa
equipe e alunos pelo excelente desempenho.
CADA VEZ MAIS FORTES!
JARDIM DA PENHA
(27) 3025 9150
JARDIM CAMBURI
(27) 3317 4832
PRAIA DO CANTO
(27) 3062 4967
VILA VELHA
(27) 3325 1001
www.upvix.com.br