1 Química – 2a série – Ensino Médio – V. 2 Exercícios 17 g de proteína (17%) 01) 100 g 0,3 g de gordura (0,3%) 07) a) evaporação e condensação b) A evaporação acontece na superfície da água salobra; e a condensação, na superfície do plástico. c) A evaporação absorve energia solar. 2,7 g de carboidrato (2,7%) 1 g de proteína ––––––––– 4 kcal 17 g de proteina –––––––– x 1 g de gordura –––––––––– 9 kcal 0,3 g de gordura –––––––– x x = 68 kcal 08) B A queima da lenha libera energia para assar a pizza. x = 2,7 kcal 09) A 1 g de carboidrato –––––– 4 kcal 2,7 g de carboidratro –––– x x = 10,8 kcal Em 100 g de requeijão, temos: 68 kcal + 2,7 kcal + 10,8 kcal = 81,5 kcal 100 g –––––– 81,5 kcal ¡ x = 163 kcal 200 g –––––– x ¡ 02) a) Como a reação possui variação de entalpia positiva, é endotérmica. b) 18 g ––––––––––– 286 kcal 180 g –––––––––– x x = 2860 kcal (calor absorvido) H2(g) + 12 O 2 (g) c) H2O () } +286 kcal 03) E Todas as afirmações estão corretas em relação às reações exotérmicas. 04) C Quando o éter cai na pele, ele absorve calor dela para poder evaporar. A sensação que se tem é de frio porque a pele está perdendo calor. 05) A Quando o reagente apresenta maior entalpia que o produto, a entalpia da reação tem valor negativo (reação exotérmica). Isso acontece na alternativa II. Nas alternativas I e III, a entalpia dos produtos é maior que a dos reagentes e a reação é endotérmica. 06) C Deve-se perceber que a reação de síntese é a inversa da reação de combustão. Se na reação de combustão há liberação de energia, na reação de síntese há absorção de energia. Se um mol de glicose fosse sintetizado, a reação absorveria 2,8 MJ de calor. Como se sintetiza meio mol, há absorção de metade deste valor de energia (1,4 MJ). Lembrar que 1 MJ = 1 . 106 J. A reação I possui 'H positivo e, portanto, é endotérmica. As reações II e III têm 'H negativo e, assim, são exotérmicas. 10) A Para ser exotérmica, a reação deve liberar energia, ou seja, a soma das entalpias dos reagentes deve ser maior que a das entalpias dos produtos, para que o valor da entalpia de reação seja negativo. 11) B ΔHreação = È Hprodutos – È Hreagentes ΔHreação = –94 kcal – (–71 kcal) ΔHreação = –23 kcal 12) A É mais exotérmica a reação que libera maior quantidade de energia. 13) B A adição de ácido à água é um processo exotérmico, pois a dissociação do ácido libera energia. 14) 04 01. Verdadeira. Qualquer processo que libere energia tem sinal negativo e é chamado, de maneira geral, exoergônico. Quando se trata de liberação de calor, a reação é chamada exotérmica. 02. Verdadeira. ¡ H2O( ) é A entalpia da transformação de H2O(V) ¡ dada por: ΔHliquefação = Hlíquido – Hvapor ΔHliquefação = –68,3 kcal/mol – (–57,8 kcal/mol) ΔHliquefação = –10,5 kcal/mol 04. Falsa. O calor da solidificação da água é dado por: ΔHsolidificação = Hsólido – H líquido ΔHsolidificação = –70,0 kcal/mol – (–68,3 kcal/mol) ΔHsolidificação = –1,7 kcal/mol 08. Verdadeira. 1 mol de água no estado líquido perde mais energia (calor) que 1 mol de água no estado de vapor. Assim, a água no estado de vapor tem mais energia que a água no estado líquido. 16. Verdadeira. Para qualquer estado físico em que a água esteja sendo formada, a reação sempre será exotérmica. 2 15) C Para se vaporizar 1 mol de água, é necessário que 10,5 kcal de calor sejam fornecidas a ela, a fim de que se transforme do estado líquido para o estado gasoso. 16) Verdadeira. A energia interna de um sistema isolado é constante. Falsa. Num processo endotérmico, o calor é retirado (ou absorvido) do meio ambiente. Falsa. A variação de entalpia positiva ou negativa indica apenas se o sistema ganha ou perde energia. Nada se pode afirmar com base na entalpia sobre a ocorrência dos processos químicos. Verdadeira. A transformação do líquido em vapor é um processo que ocorre com absorção de energia, ou seja, entalpia positiva. Falsa. Processos exotérmicos são aqueles que ocorrem com perda de energia. 17) B 3O ¡ ¡ O3(g) 2(g) 2 O3: 48 g/mol 'H = +142,3 kJ/mol 48 g O3 _____ 142,3 kJ ¡ x = 284,6 kJ 96 g O3 _____ x kJ ¡ 18) C ΔHreação = È Hprodutos – È Hreagentes ΔHreação = +0 kJ/mol – (–283 kJ/mol) ΔHreação = +283 kJ/mol 19) E I. Correta. A reação é exotérmica e forma um produto gasoso. Para que esse produto se transforme em líquido, a reação deverá liberar uma quantidade ainda maior de energia. II. Correta. 34 g NH3 ––––– 22 kcal NH3: 17 g/mol ¡ x = 4,4 kcal 2 . 17 g = 34 g 6,8 g NH3 ––––– x kcal ¡ III.Correta. 2 mols NH3 ––––– –22 kcal ¡ x = –11 kcal 1 mol NH3 –––––––– x kcal ¡ 20) A Para que uma ligação se rompa, é necessário que certa quantidade de energia seja adicionada ao sistema, de modo que a reação é endotérmica. 21) C ¡ 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2 ¡ 1 mol de glicose ––––– 6 mols de O2 5 mols de glicose –––– x mols de O2 x = 30 mols de O2 1 mol de O2 ––––– –1 . 102 kcal ¡ x = –3 . 103 30 mols de O2 ––––– x kcal ¡ 22) B ΔHreação = È Hprodutos – È Hreagentes ΔHreação = –394 kJ/mol – (2 kJ/mol) ΔHreação = –396 kJ/mol 23) C Como um dos produtos na reação II está no estado líquido, ela está liberando uma maior quantidade de energia que a I, na qual todos os produtos estão no estado gasoso. 24) C Como os reagentes estão no estado gasoso e o produto está no estado sólido, a reação acontece com uma maior perda de energia para o meio em relação a reações nas quais o produto seja gasoso ou líquido. 25) A A dissolução do nitrato de sódio é endotérmica, ou seja, quanto maior for a temperatura, maior é a quantidade de sal dissolvido no solvente (água). A dissolução do hidróxido de cálcio é um processo exotérmico, ou seja, quanto menor for a temperatura, maior será a solubilidade da base em água. 26) B O valor de variação de entalpia está sendo dado para a reação. Como na reação 2 mols de água líquida são formados, há uma liberação de 572 kJ de calor para cada 2 mols de água líquida formada, ou 286 kJ para cada mol. 27) B Se calor está sendo liberado, a reação é exotérmica. 28) D As reações metabólicas liberam calor, ou seja, são reações exotérmicas. Assim, pode-se afirmar que a entalpia dos reagentes é maior que a dos produtos. 29) B A quantidade de calor Q2 é maior que Q1 e Q3 porque o produto formado é sólido. Logo, há uma maior liberação de calor. Q1 é maior que Q3, porque o produto da reação com liberação de Q3 é gasoso. Logo, uma maior quantidade de calor é necessária para que o produto seja formado, o que diminui a quantidade de calor liberado. 30) C ΔHreação = È Hprodutos – È Hreagentes ΔHreação = 'H1 – 'H2 'H1 indica a variação de entalpia de formação da água no estado líquido. 'H2 indica a variação de entalpia de formação da água no estado sólido. 3 39) D A variação de entalpia, 'H , é negativa. A reação é exotérmica porque se processa liberando energia. Como o produto formado é líquido, a variação de entalpia indicada por 'H1 – 'H2 reflete a da reação de fusão da água. 31) E Há calor entre os produtos, e isso significa que energia térmica está sendo liberada. Logo, a reação é exotérmica. 40) A Uma quantidade de energia é formada nos produtos, e isso significa dizer que o sistema está liberando energia. Isso o que classifica a reação como exotérmica. No que diz respeito à estequiometria, ela deve ser mantida em qualquer representação na relação de menores números inteiros, dada por 2 mols:1 mol:2 mols:478 kJ de energia, respectivamente para H2(g):O2(g):H2O:quantidade de energia. 32) A ¡ O3 'H = +284 kJ (reação endotémica) 3O2 ¡ 96 g de O2 ––––– 284 kJ O2 = 32 g/mol 3 mols . 32 g/mol = 96 g 1000 g de O2 ––––– x kJ x = 2958,33 kJ 33) A Para que a água evapore, é necessário que ela receba certa quantidade de energia. No caso, essa energia é cedida pelo corpo humano, que tem uma sensação de frio quando isso acontece. 41) E ¡ 2CO2(g) + 3 H2O( ) ¡ ¡ reação baC2H5OH( ) + 3O2(g) ¡ lanceada 34) B I. A queima de um gás libera energia; logo, o processo é exotérmico. II. O processo de fervura da água necessita de absorção de energia; logo, o processo é endotérmico. 35) C Se a temperatura do gelo aumentou, é porque ele recebeu energia do meio, sofrendo um aquecimento. 36)C 18 g de água ––––– 9720 cal ¡ x = 540 cal 1 g de água –––––––––– x cal ¡ 37) A Como a temperatura da solução decresce pouco a pouco, fica evidente que o sistema (água + sal) está absorvendo calor do meio e, portanto, que a solução apresenta uma entalpia maior do que a da água e do sal separados. 38) a) etanol: C2H6O( ) 3O2( g ) 3H2( ) b) 1 mol de etanol –––––––– 0,5 mol de etanol –––––– 1 mol de octano ––––––– 0,5 mol de octano ––––– –1368 kJ x –5471 kJ x x = –684 kJ x = –2735,5 kJ Total da combustão de 1 mol de gasolina: –684 kJ + (–2735,5) kJ = –3419,5 kJ c) 0,72 g ––––––––– 1 mL ¡ x = 720 g x ––––––– 1000 mL ¡ ¡ 80,1 g ––––––– –3419,5 kJ 1 mol de gasolina ¡ ¡ x = 30737 kJ 720 g ––––––– x ¡ ΔHreação = È Hprodutos – È Hreagentes ΔHreação = [(3 . –68) + (2 . –94)] – [(3 . 0) + (1 . –327)] ΔHreação = –65 kcal/mol C2H5OH( ) Ou seja, 1 mol de C2H5OH( ) libera 65 kcal de energia. 42) A Para se carregar uma bateria, certa quantidade de energia, seja ela elétrica, química ou de qualquer outro tipo, é absorvida, de modo que a bateria fique energeticamente carregada. Quando uma vela é queimada, certa quantidade de energia é liberada. Essa energia pode ser utilizada para quaisquer fins. 43) E I. Incorreta. Se a reação for invertida, o sinal da entalpia muda, de modo que a energia liberada na reação direta tem mesmo valor numérico da energia absorvida na reação inversa. II. Correta. Como a entalpia é negativa, há liberação de calor, e a reação é exotérmica. III.Correta. Se a entalpia da reação é negativa, a entalpia dos produtos é menor que a dos reagentes. 4 44) C 2W( s ) 3O2( g ) ¡ 2WO3( s ) 'H 1680, 6 kJ C( grafite ) O2( g ) ¡ CO2( g ) 'H 393, 5 kJ 2WC( s ) 5O2( g ) ¡ 2CO2( g ) 2WO3( s ) 'H 2392, 6 kJ W( s ) C( grafite ) ¡ WC( s ) 'H ? Reorganizando-se as equações e efetuando-se as multiplicações necessárias, temos que: ¡ 2WO3(g) 2W(s) + 3O2(g) ¡ 'H = –1680,6 kJ (equação 1) ¡ 2WC(s) + 5O2(g) 2CO2(g) + 2WO3(s) ¡ 'H = +2392,6 kJ (equação 2) ¡ CO2(g) C(grafite) + O2 ¡ 'H = –393,5 kJ (equação 3) Dividindo-se as equações 1 e 2 por 2 e mantendo-se a equação 3, tem-se: W( s ) 3 O2( g ) ¡ WO3( s ) 2 'H 840, 3 kJ CO2( g ) WO3( s ) ¡ WO( s ) 5 O2( g ) 2 C( grafite ) O2( g ) ¡ CO2 'H 1196, 3 kJ 'H 393, 5 kJ W( s ) C( grafite ) ¡ WC( s ) 'H 37, 5 kJ (exotérmica) 45) B C O2 ¡ CO2 : 1 1 1 mol C = 12 g 'H = –393,5 kJ/mol 12 g _____ –393,5 kJ ¡ x = –32,8 kJ 1 g _____ x kJ ¡ 46) D 6 C( grafite ) 3 H2( g ) ¡ C6H6( ) 'H 49 kJ C( grafite ) O2( g ) ¡ CO2( g ) 'H 393, 5 kJ H2( g ) 1 O2( g ) ¡ H2 O( ) 'H 285, 8 kJ 2 C6H6( ) 15 O2( g ) ¡ 6 CO2( g ) 3 H2 O( ) 'H ? 2 Reorganizando-se as equações, e efetuando-se as multiplicações necessárias, temos: ¡ 6C(grafite)+ 3H2 (g) 6 C6H6( ) ¡ 'H = –49 kJ (equação 1) ¡ H2O( ) H2(g) + 1 O2(g) ¡ 2 'H = –285,8 kJ (equação 2) ¡ CO2 (g) C(grafite)+ O2(g) ¡ 'H = –393,5 kJ (equação 3) Multiplicando-se a equação 2 por 3, a equação 3 por 6 e mantendo-se a equação 1, obtemos: C6H6( ) ⎯→ 6 C( grafite ) + 3 H2( g ) ΔH = – 49,0 kJ (equação 1) 3 H2( g ) + 3 O2( g ) ⎯→ 3 H2O( ) 2 6 C( grafite ) + 6 O2( g ) ⎯→ 6 CO2( g ) C6H6( ) + 15 O2( g ) ⎯→ 6 CO2( g ) + 3 H2O( ) 2 ΔH = – 857,4 kJ (equação 2) ΔH = – 2361,0 kJ (equação 3) ΔH = – 3267,4 kJ 5 47) C Hidrácidos fortes: HC , HBr e HI Bases fortes: formadas por metais alcalinos e alcalinoterrosos, exceto hidróxido de belírio e hidróxido de magnésio. 48) C O cálculo da variação de entalpia, quando temos o valor da energia de ligação, segue o mesmo princípio do cálculo de entalpia quando a energia (ou entalpia) de formação é dada. ¡ 2H2O(g) + 2 C 2( g ) 4HC ( g ) + O2(g) ¡ ΔHreação = ∑ Hligações rompidas – ∑ Hligações formadas ΔHreação = [(1 . 119,1) + (4 . 103,1)] – [(2 . 57,9) + (4 . 110,6)] ΔHreação = –26,7 kcal 49) B ¡ HC ( g ) + HCO( g ) C 2( g ) + H2O(g) ¡ ΔHreação = ∑ Hligações rompidas – ∑ Hligações formadas ΔHreação = [(1 . 243) + (2 . 464)] – [(1 . 431) + (1 . 205) + (1 . 464)] ΔHreação = +71 kJ 50) D ¡ CC 4 + 3 HC H3C– C + 3 C 2 ¡ ΔHreação = ∑ Hligações rompidas – ∑ Hligações formadas ΔHreação = [(3 . 99) + (1 . 81) + (3 . 58)] – [(4 . 81) + (3 . 103)] ΔHreação = +81 kcal 6 51) C ¡ CO2(g) + 2H2O( ) CH3OH( ) + 3 O2(g) ¡ 2 ΔHreação = È Hprodutos – È Hreagentes ΔHreação = [(–393,3) + (2 . –285,8)] – ÌÉ 3 . 0 Ù (1 . 238, 5 )Ü Ú ÍÊ 2 Ý Û ÎË Þ ΔHreação = –726,4 kJ/mol CH3OH( ) 1 mol CH3OH( ) ––––– –726,4 kJ 0,5 mol CH3OH( ) ––––– x x = –363,2 kJ ¡ ¡ 52) CH4(g) + C 2( g ) ¡ ¡ CH3C ( g ) + HC ( g ) a) Com os valores de entalpia de ligação, calcula-se o valor de 'Hr . ΔHreação = [(1 . 435) + (1 . 242)] – [(1 . 452) +(1 . 431)] ΔHreação = –206 kJ ΔHreação = ∑ Hligações rompidas – ∑ Hligações formadas b) Com o valor de 'Hr descoberto, calcula-se o valor do 'Hf do clorofórmio ( CH3C ). ΔHreação = È Hprodutos – È Hreagentes –206 kJ = [(1 . x) + (1 . –92)] – [(1 . 0) + (1 . –75)] x = –189 kJ/mol 7 53) B ¡ 2 HF(g) + C 2( g ) 2 HC ( g ) + F2(g) ¡ ΔHreação = ∑ Hligações rompidas (endo) – ∑ Hligações formadas (exo) ΔHreação = [(2 . 431,8) + (1 . 153,1)] + [(2 . –563,2)+ (1 . –242,6)] ΔHreação = –352,3 kJ Á exotérmica ¡ 12 CO2 + 11 H2O( ) 54) C12H22O11(s) + 12 O2 ¡ a) ΔHreação = È Hprodutos – È Hreagentes ΔHreação = [(12 . –395) + (11 . –285)] – [(12 . 0) + (1 . –2222)] ΔHreação = –5653 kJ/mol de sacarose b) massa de sacarose na bebida: 35 g valor energético da bebida: 586 kJ 35 g de sacarose ––––– 586 kJ ¡ x = 5728 kJ 342 g de sacarose ––––– x ¡ 5728 kJ ––––– 100% ¡ x = 98,7% 5653 kJ ––––– x% ¡ 55) B 440,0 g de propano ––––– 22220 kJ ¡ x = 22 g x g de propano ––––– 1110 kJ ¡ 56) B 342 g de sacarose ––––– 5400 kJ ¡ x = 114 g x g de sacarose ––––– 1800 kJ ¡ 57) B ¡ CO2(g) + 2H2O(g) CH4(g) + 2O2(g) ¡ ΔHreação = ∑ Hligações rompidas – ∑ Hligações formadas ΔHreação = [(4 . 416) + (2 . 498)] – [(2 . 805) + (4 . 464)] ΔHreação = –806 kJ 8 58) A ¡ 2CO2(g) + H2O( ) C2H2(g) + 5 O2(g) ¡ 2 ΔHreação = È Hprodutos – È Hreagentes ΔHreação = [(2 . –94,10) + (1 . –68,30)] – ÌÍÉÊ 5 . 0 ÙÚ (1 . 54, 20 )ÜÝ Û ÎË 2 Þ ΔHreação = –310,70 kcal/mol de etino 26 g de etino ––––– –310,70 kcal ¡ x = –2640,95 kcal 221 g de etino ––––– x kcal ¡ 59) 07 NO( g ) O3( g ) ¡ ¡ NO2( g ) O2( g ) NO2( g ) O( g ) ¡ ¡ NO( g ) O2( g ) 'H 199, 8 kJ 'H 192,1 kJ O3( g ) O( g ) ¡ ¡ 2 O2( g ) 'H 391, 9 kJ 01. Correta. A equação global (ou total) da reação pode 02. 04. 08. 16. ¡ 2 O2 (g). ser representada por O3(g) + O (g) ¡ Correta. O NO pode ser considerado um catalisador porque ele é reconstituído no final do processo reacional. Correta. Se essa for a lei de velocidade, a reação é de primeira ordem em relação a cada reagente e de segunda ordem global. Incorreta. Ambas as reações que representam o processo são exotérmicas. Incorreta. A reação libera 195,95 kJ por mol de oxigênio formado. 62) C Para determinar a entalpia de formação, inicialmente devemos encontrar a diferença entre as entalpias no gráfico, que corresponde à conversão do octano em isoctano. –5116 kJ = x + –5099 kJ x = –17 kJ Porém, para que a reação se processe, ainda é necessária a liberação de –208,2 kJ de calor. Dessa forma, a energia total do processo é dada pela soma da entalpia de conversão com a entalpia para o início da reação. 'H = –208,2 kJ + (–17 kJ) 'H = –225,2 kJ (energia liberada) 63) D ¡ 2NH3(g) N2(g) + 3H2(g) ¡ 'H = –90 kJ 'H = –787 kJ ¡ 2CO2(g) 60) 2C(s) + 2O2(g) ¡ ¡ 2CO2(g) 2CO(g) + O2(g) ¡ 'H = –566 kJ ¡ 2CO(g) a) 2C(s) + O2(g) ¡ 'H = ? 2 C( s ) 2 O2( g ) ¡ ¡ 2 CO2( g ) 'H 787 kJ 2 CO2( s ) ¡ ¡ 2 CO( g ) O2( g ) 'H 566 kJ ¡ 2 CO( g ) 2 C( s ) O2( g ) ¡ 'H 221 kJ 2 mols de CO ––––– –221 kJ ¡ x = –110,5 kJ 1 mol de CO ––––––––– x kJ ¡ b) Pela estequiometria da reação, 1 mol de carbono produz 1 mol de monóxido de carbono. Assim, 12 g de carbono produzem 28 g de monóxido de carbono. 2400 kg = 2400000 g 12 g de carbono ––––– 28 g de monóxido de carbono 2400000 g de carbono ––––– x g x = 5600000 g de monóxido de carbono 1 mol de monóxido de carbono ––––– 28 g x mol de monóxido de carbono ––––– 5600000 g x = 200000 mols 61) A A entalpia de formação da água sólida é de –42 kJ. ΔHreação = ∑ Hligações rompidas – ∑ Hligações formadas –90 kJ = [(1 . x) + (3 . 435)] – [(2 . 3 . 390)] x = 945 kJ 64) B ⎫ ⎪ ΔHformação N2H4 = 50 kJ/mol ⎬ ΔHformação NH 3 = – 46 kJ/mol ⎪⎭ N2H4 + H2 ⎯→ 2 NH3 ΔHredução = ∑ Hprodutos − ∑ Hreagentes ΔHredução = [( 2 . − 46 )] − [(1 . 0 ) + (1 . 50 )] ΔHredução = − 142 kJ 9 Cetanol = Vetanol . Petanol, sendo Cetanol o custo total do álcool, Vetanol o volume dele em litros e Petanol o preço de cada litro dele. Como o custo dos dois combustíveis é indiferente, temos: Coctano = Cetanol, e, assim, Voctano . Poctano = Vetanol . Petanol 65) Voctano . Poctano = Vetanol . Petanol 319,20 . Poctano = 478,97 . Petanol 319, 20 = Pe tan ol 478, 97 Poc tan o ¡ 2 HC ( g ) a)I. H2(g) + C 2( g ) ¡ ΔHreação = ∑ Hligações rompidas – ∑ Hligações formadas ΔHreação = [(1 . 432) + (1 . 240)] – [2 . 428)] ΔHreação = –184 kJ Pe tan ol = 0,666 = 2 3 Poc tan o 67) D ¡ 2CO2(g) + H2O( ) C2H2(g) + 5 O2(g) ¡ 2 ¡ 2NH3(g) II. N2(g) + 3H2(g) ¡ ΔHreação = ∑ Hligações rompidas – ∑ Hligações formadas ΔHreação = [(1 . 942) + (3 . 432)] – [6 . 386)] ΔHreação= –78 kJ b) Quanto mais energia uma reação libera, ou seja, quanto mais exotérmica (se a energia for calor) ela é, mais favorável é o processo. Logo, a reação I é a mais favorável. 66) B Atribuiremos um valor aleatório de energia liberada para a resolução do exercício, que será de 10000 kJ. Para o octano (114 g/mol; d = 0,7 g/mL) 1 mol de octano ––––– –5100 kJ ¡ x = 1,96 mol x mol de octano ––––– –10000 kJ ¡ 1 mol de octano ––––– 114 g ¡ x = 223,44 g 1,96 mol de octano –––– x g ¡ d= m V ΔHreação = È Hprodutos – È Hreagentes ΔHreação = [(2 . –394) + (1 . –286)] – ÌÉ 5 . 0 Ù 1 . 227 Ü Ú ÍÊ 2 Ý Û ÎË Þ ΔHreação = –1301 kJ 68) C ¡ 2HI H2 + I2 ¡ 0,7 g/mL = 223, 44 V Voctano = 319,20 mL Para o etanol (46 g/mol; d = 0,8 g/mL) 1 mol de etanol ––––– –1200 kJ ¡ x = 8,33 mol x mol de etanol ––––– –10000 kJ ¡ 1 mol de etanol ––––– 46 g ¡ x = 383,18 g 8,33 mol de etanol ––– x g ¡ d= m V 0,8 g/mL = 383,18 V Vetanol = 478,97 mL Coctano = Voctano . Poctano, sendo Coctano o custo total da gasolina, V octano o volume dela em litros e P octano o preço de cada litro dela. ΔHreação = ∑ Hligações rompidas – ∑ Hligações formadas ΔHreação = [(1 . 434) + (1 . 150)] – [2 . 298)] ¡ para dois mols de produto formado ΔHreação = –12 kJ ¡ 2 mols ––––– –12 kJ ¡ x = –6 kJ 1 mol –––––––– x kJ ¡ 69) D Com o passar do tempo, o gelo em cubos sofrerá o processo de fusão, liberando energia e aumentando a energia (e a temperatura) do sistema. O gelo constitui um sistema organizado e de baixa entropia (pouca desordem). Conforme a fusão se processa, o gelo se transforma em água líquida, que constitui um sis- 10 tema mais desorganizado. Aumenta, assim, a entropia do sistema. Mantendo a equação 2 e invertendo a equação 1, temos: C( s ) 1 O ¡ ¡ CO( g ) 2( g ) 2 ZnO( s ) ¡ ¡ Zn( s ) 1 O2( g ) 2 ZnO( s ) C( s ) ¡ ¡ CO( g ) Zn( s ) 70) B 'H 110 kJ/mol 'H 353 kJ/mol 'H 243 kJ/mol 73) E ¡ CO2(g) + 2 H2O( ) CH4(g) + 2O2(g) ¡ ΔHvaporização = 44 kJ/mol, portanto, ΔHcondensação = –44 kJ/mol I. Correta. Um grama de GNV, constituído por metano, é, dos combustíveis apresentados, o que apresenta maior poder calorífico. II. Incorreta. A combustão de um mol de butano produz 5 mols de água, conforme a equação: ¡ 4CO2(g) + 5H2O(g) C4H10(g) + 13 O2(g) ¡ 2 III.Incorreta. A combustão completa da um grama de octano libera 11,58 kcal de calor. IV.Correta. A combustão de um mol de metano requer 2 mols de gás oxigênio, ao passo que a combustão de um mol de butano requer 13 mols de gás oxigênio. 2 A condensação de 1 mol de água libera 44 kcal. Assim, a entalpia de formação da água líquida pode ser dada por: ΔHformação H2O( ) = ΔHformação H2O(g) + ΔHcondensação ΔHformação H2O( ) = –242 + (–44) 71) E ¡ 6CO2(g) + 3 H2O( ) C6H6( ) + 15 O2(g) ¡ 2 ΔHformação H2O( ) = –286 kcal ΔHcombustão = È Hprodutos – È Hreagentes ΔHcombustão = [1 . –393) + (2 . –286)] – [(2 . 0) + (1 . –75)] ΔHcombustão = –890 kJ ΔHreação = È Hprodutos – È Hreagentes ΔHreação = [(6 . –94,10) + (3 . –68,3)] – ÌÉÊ 15 . 0 ÙÚ (1 . 12)Ü Í 2 Ý Û ÎË Þ ΔHreação = –781 kcal 72) E ¡ CO(g) + Zn(s) ZnO(s) + C(s) ¡ 'H = ? ¡ ZnO(s) 'H = –353 kJ/mol (equação1) Zn(s) + 1 O2(g) ¡ 2 ¡ CO(g) C(s) + 1 O2(g) ¡ 2 'H = –110 kJ/mol (equação 2) 74) 21 01. Correta. Todas as equações representadas são de processos exotérmicos, pois há "formação" (liberação) de energia nos produtos. 02. Incorreta. Os processos são exotérmicos. 04. Correta. O gás natural produz uma quantidade de energia maior que o carvão, embora a combustão de um mol de cada um dos dois compostos produza um mol de gás carbônico. 08. Incorreta. A ordem crescente de produção de gás carbônico para uma mesma quantidade de energia é gás natural, gasolina e carvão. 16. Correta. Para cada mol de gás carbônico produzido, maior quantidade de energia é liberada quando comparada com os demais compostos em questão. 11 75) A ¡ C6H12O6(s) + 6O2(g) 6CO2(g) + 6 H2O( ) ¡ 80) B O gráfico que indica a reação é aquele em que, para qualquer momento (instante) dela, a concentração de iodeto seja o dobro da concentração de persulfato, ou seja, que mantenha a relação estequiométrica 2:1 (iodeto: persulfato) da reação. 81) A reação II ocorre com uma velocidade maior que a reação I, porque, no período em questão, mais oxigênio foi consumido (reação II) do que consumido (reação I). ΔHreação = È Hprodutos – È Hreagentes ΔHreação = [(1 . –1274,4) + (6 . 0)] – [(6 . –393,5) + + (6 . – 285,8)] ΔHreação = 2801,4 kJ/mol 76) C ¡ 2CO2(g) + H2O(g) C2H2(g) + 5 O2(g) ¡ 2 ΔHformação CO2( ) = –94,1 kcal/mol ΔHformação H2O(g) = –68,3 kcal/mol ΔHcombustão C2H2 = –310,6 kcal/mol ΔHformação C2H2 = –0,048 kcal/mol . K ΔHreação = È Hprodutos – È Hreagentes –310,6 = [(2 . –94,1) + (1 . –68,3)] – Ì(1 . x ) ÉÊ 5 . 0 ÙÚ Ü Í Ý Ë 2 ÛÞ Î x = ΔHformação C2H2 = 54,1 kcal/mol 'G = 'H – T . 'S 'G = 54,1 kcal/mol – (–0,048 kcal/mol . K) . 298 K 'G = 54,1 kcal/mol + 14,3 kcal/mol 'G = 68,4 kcal/mol O processo não é espontâneo. 77) C ¡ C 2( g ) + O2(g) 'H = –18,2 cal 2 CO( g ) ¡ Para que a reação seja espontânea, o valor de 'G deve ser negativo. Assim, sendo 'H negativo, a reação será espontânea para qualquer valor de 'S positivo. 78) B A entropia de uma reação varia porque, para que a reação ocorra, é necessário que o sistema se desorganize e se reorganize, formando produtos diferentes dos reagentes. 79) 13 kg de butano = 13000 de butano 1 mol de butano: 58 g 82) A A energia de ativação é a energia necessária para que a reação se processe e é dada pelo intervalo entre o pico do gráfico e a entalpia dos regentes. 83) C O ácido utilizado na experiência 1 foi o ácido clorídrico, pois o desprendimento de gás hidrogênio foi mais rápido, uma vez que a concentração de íons H+ é maior no ácido clorídrico e menor no ácido acético. 84) D 0,05 mol de butano/minuto Tempo de reação: 1 hora (60 minutos) 0,05 mol de butano ––––– 1 minuto ¡ x = 3 mols x mol de butano ––––––– 60 minutos ¡ 1 mol de gás carbônico —–— 44 g ¡ x = 528 g 12 mols de gás carbônico —— x g ¡ 85) V(AR) = 2500 mol/hora 86) C A concentração das substâncias B e C está diminuindo com o passar do tempo, o que implica que elas são reagentes. A concentração de C diminui duas vezes mais rápido que a concentração de B, o que leva a concluir que a relação estequiométrica B:C é de 1:2. A concentração de A aumenta com o tempo, o que faz de A um produto. Sua concentração é proporcional à concentração do reagente B. Assim, a relação estequiométrica da reação com relação a A:B:C é 1:1:2, de modo que a reação ¡ A. balanceada seja dada por B + 2C ¡ 87) A A concentração do gás carbônico aumenta com o tempo, de modo que, quando todo o ácido clorídrico ou toda a massa de carbonato de cálcio forem consumidos, o seu volume permanecerá estável, conforme indicado no gráfico. A massa de carbonato de cálcio, a concentração de ácido clorídrico e a concentração de íons Ca2+, respectivamente, diminui, diminui e aumenta com o passar do tempo. Porém, a forma como foi exposta a variação no gráfico é incorreta. ¡ 5 dias: 120 horas 1 dia: 24 horas ¡ 1 mol ––––––– 58 g ¡ x = 224,14 mols x mol ––––––– 13000 g ¡ Vazão por hora: 13000 g/120 h = 108,3 gramas/hora Vazão em mols: 224,14 mols/120 h = 1,87 mol/hora 88) B A energia de ativação é um fator independente da temperatura da reação. Ela é uma barreira a qual deve ser vencida para que a reação inicie. 12 ¡ CO2(g) + 2H2O(g) 89) CH4(g) + 2O2(g) ¡ a) 2 L metano/minuto, CNTP (0 oC, 1 atm), ΔHcombustão = 882 kJ/mol p.V=n.R.T 1 atm . 2 L/min = n . 0,0821 atm L/mol K . 273 K n = 0,0892 mol/min 1 mol de CH4 –––––––––– –882 kJ ¡ x = –78,7 kJ 0,0892 mol de CH4 ––––– x ¡ ΔHreação = [(–251)] – [(0)] ΔHreação = –251 kJ ¡ 2O(adsorvido) b) Energia de ativação para a reação O2(g) ¡ A energia de ativação é a diferença entre a energia do estado de transição e a entalpia do reagente. Ea = Hestado de transição – Hreagente Ea = –17 kJ – (– 37 kJ) Ea = 20 kJ 93) B b) 1 mol de CH4 ––––– 1 mol de gás carbônico ¡ x = 0,0892 mol de gás 0,0892 mol de CH4 ––––– x ¡ carbônico c) 1 mol de CH4 ––––– 2 mols de O2 ¡ x = 0,1784 mol de O2 0,0892 mol de CH4 ––––– x ¡ por minuto 0,1784 mol de O2 ––––– 1 minuto ¡ x = 3,568 mols de O2 x ––––– 20 minutos ¡ 1 mol de O2 ––––– 32 g de O2 ¡ x = 114,18 g de O2 3,568 mol de O2 ––––– x ¡ 90) D Em valor absoluto, a variação da entalpia da reação inversa é de cerca de 225 kJ. ¡ ' velocidade = C final Cinicial ' velocidade = Δ concentração ¡ t final tinicial Δ tempo 1 ' velocidade = ( 0, 4 0, 7 ) mol . L ( 5 2) min utos ' velocidade = –0,10 mol . L–1 minuto–1 O sinal negativo na variação da velocidade indica que a substância X é um dos regentes da reação, pois está sendo consumida. 94) E Como a relação estequiométrica entre o oxigênio e o gás carbônico é 1:1, a velocidade de consumo de oxigênio é igual à velocidade de formação do gás carbônico. 91) B 95) A A reação de combustão do etanol é relativamente rápida e tem grande utilidade no dia-a-dia. Infelizmente, é uma reação bastante poluente. ¡ ' velocidade = C final Cinicial ' velocidade = Δ concentração ¡ t final tinicial Δ tempo 1 ' velocidade = ( 0, 3 4, 3) mol . L (14 4 ) min utos ' velocidade = –0,40 mol . L–1 minuto–1 O sinal negativo na variação da velocidade indica que a substância A está sendo consumida durante a reação, e, portanto, confirma que é um dos reagentes. ¡ O2(adsorvido) 92) a) 1) O2(g) ¡ ΔHreação = È Hprodutos – È Hreagentes ΔHreação = [(–37)] – [(0)] ΔHreação = –37 kJ ¡ 2O(adsorvido) 2) O2(adsorvido) ¡ ΔHreação = È Hprodutos – È Hreagentes ΔHreação = [(–251)] – [(–37)] ΔHreação = –214 kJ ¡ 2O(adsorvido) 3) O2(g) ¡ ΔHreação = È Hprodutos – È Hreagentes 96) a) No experimento II, a velocidade da reação foi maior, haja vista que, para qualquer tempo do intervalo [0 min – 4 min], a produção de gás hidrogênio foi maior em relação ao experimento I. No tempo 5 min, o equilíbrio foi atingido e a quantidade de gás hidrogênio manteve-se constante. b) Com a elevação da temperatura, a velocidade da reação aumentaria, haja vista que a energia cinética média das moléculas cresceria e colisões mais eficazes e freqüentes ocorreriam. 13 97) E A concentração da substância Z está diminuindo, e isso indica que elas é um dos reagentes. A concentração das substâncias X e Y está aumentando, e isso indica que ambas são produtos. 98) C que aquele no qual o comprimido está moído terá velocidade de reação mais rápida do que a situação do comprimido inteiro porque a superfície de contato entre o comprimido e os demais reagentes é maior. Comparando-se os experimentos com comprimido inteiro, nota-se que será mais rápida a reação naquele cuja temperatura for maior, dado o maior número de colisões entre as partículas reagentes. 104) D Reações rápidas ou instantâneas têm energia de ativação baixa. ¡ ' velocidade = C final Cinicial ' velocidade = Δ concentração ¡ t final tinicial Δ tempo 1 ' velocidade = ( 0,190 0, 200 ) mol . L ( 6 4 ) min utos ' velocidade = –0,005 mol . L–1 minuto–1 O sinal negativo indica consumo da substância e a caracteriza como reagente. 99) E Para que a chama se acenda, é necessário que a energia de ativação seja fornecida para a mistura gasosa (hidrocarbonetos), a fim de que a reação de combustão se processe. Essa energia é fornecida pela chama do fósforo. 105) a) A lanterna II apresentará uma chama mais intensa, pois o estado de divisão do carbureto (finamente granulado) propicia uma superfície de contato maior entre reagentes que o da lanterna I, favorecendo a reação e resultando em uma maior velocidade. b) A lanterna II se apagará primeiro, pois a velocidade da reação é maior nela, dado o estado de divisão do reagente, fazendo com que todo o carbureto seja consumido em um tempo menor. 106) A Quanto maior for a energia do complexo ativado, menor será a velocidade da reação. 107) A Nas bolhas pequenas, a área de contato total é maior, oxigenando melhor a água. 108) a) Curva I: 100) Quando a temperatura de um gás é diminuída, a velocidade com que as moléculas do gás se movem dentro do balão também se reduz, fazendo com que o volume diminua. Isso porque a variação do volume do gás é mais sensível à temperatura que o volume do líquido. 101) C ¡ ' velocidade = C final Cinicial ' velocidade = Δ concentração ¡ t final tinicial Δ tempo 1 ' velocidade = (1, 2 0 ) mol . L ( 2 0 ) min utos ' velocidade = 0,6 mol . L–1 minuto–1 Curva II: ¡ ' velocidade = C final Cinicial ' velocidade = Δ concentração ¡ t final tinicial Δ tempo 1 ' velocidade = ( 0, 6 0 ) mol . L ( 3 0 ) min utos ' velocidade = 0,2 mol . L–1 minuto–1 b) Curva I: pó de alumínio, devido à maior velocidade de reação Curva II: placa de alumínio 102) B A faísca produzida serve para ativar (ou iniciar) a reação de formação da água. 103) B Entre os três experimentos, será o mais rápido aquele que possuir condições de reação mais favoráveis. Comparando-se os experimentos a 40 oC, percebe-se 109) A A faísca fornece a quantidade de energia suficiente para que a reação se inicie. Essa é a energia de ativação da reação. 110) E Embora seja espontânea, a reação exige uma alta energia de ativação para começar e permanece inalterada se nenhuma ação externa for realizada. 14 111) D I. Correta. O intervalo 1 representa 'H da reação direta. II. Correta. O intervalo 2 representa Ea da reação direta. III.Incorreta. Nada se pode afirmar sobre o intervalo 3. IV. Correta. O intervalo 4 representa Ea da reação inversa. as partículas possuem maior energia cinética. 118) D EXPERIMENTO 112) D I. Correta. Quanto maior a superfície de contato entre os reagentes, mais rápida é a reação. II. Correta. A velocidade da reação é proporcional à concentração dos reagentes. III.Correta. A velocidade das reações químicas geralmente aumenta com a elevação da temperatura. 113) B I. Incorreta. Certas colisões não são favoráveis à reação. II. Correta. Quanto maior o número de colisões favoráveis à reação, maior a velocidade dela. III.Correta. Podem ocorrer colisões não-favoráveis aos produtos da reação. IV. Incorreta. Quanto maior a energia de ativação, menor a velocidade da reação. 114) D A: Concentração aumenta (indicação de produto da reação) em proporção aproximadamente 3 vezes menor que a proporção de B. A é N2. B: Concentração aumenta (indicação de produto da reação) em proporção aproximadamente 3 vezes maior que a proporção de A. B é H2. C:Concentração diminui (indicação de reagente da reação) em proporção aproximadamente 1 vez menor que a proporção de A. C é NH3. 115) F – V – V – V – F Falsa. A etapa I possui 'G positivo, o que caracteriza uma reação não-espontânea. Verdadeira. A etapa II é a etapa mais lenta da reação, pois, apesar de possui 'G negativo e ser uma reação espontânea, possui energia de ativação maior. Verdadeira. A substância B é um intermediário da reação global. ¡ C é espontânea, pois o Verdadeira. A reação A ¡ 'G da reação é negativo. ¡ B é 20 kJ. Falsa. A energia de ativação da reação C ¡ 116) A A cada 10 oC diminuídos, a velocidade da reação cai pela metade. Assim, se 20 oC forem diminuídos, a velocidade cairá a um quarto. 117) C Deve-se perceber, pelo enunciado da questão, que a reação se processa apenas a partir do início da área hachurada, pois só a partir desse ponto a energia de ativação é suficiente para que a reação se processe. No experimento I, a energia cinética das partículas é menor, evidenciando que o experimento foi realizado a uma temperatura menor que a do experimento II, no qual LEI DE VELOCIDADE VELOCIDADE 1 1,6 . 10–7 1 3,3 . 10–10 1 1,2 . 10–3 I vI = kI . [C2H5I] II vI = kII . [C3H6] III vI = kIII . [N2O5] IV vI = kIV . [NO2] . [CO] 2 0 2,8 . 10–4 119) A Lei de velocidade: v = k . [CO]a . [O2]b Experimento I: 4 . 10–6 = k . [1,0]a . [2,0]b Experimento II: 8 . 10–6 = k . [2,0]a . [2,0]b Experimento III: 1 . 10–6 = k . [1,0]a . [1,0]b Determinação de a: Divide-se a equação do experimento I pela equação do experimento II. 8 . 10 6 k . [2, 0]a . [2, 0]b 4 . 10 6 k . [1, 0]a . [2, 0]b ¡ a=1 2 = 2a ¡ Determinação de b: Divide-se a equação do experimento I pela equação do experimento III. 4 . 10 6 k . [1, 0]a . [2, 0]b 1 . 10 6 k . [1, 0]a . [1, 0]b ¡ b=2 4 = 2b ¡ 120) C A lei de velocidade de uma reação é escrita a partir da sua etapa lenta. ¡ NO(g) + CO2(g) 121) a) NO2(g) + CO(g) ¡ ¡ A etapa I é a mais lenta, logo, é ela v = k . [NO2]2 ¡ quem determina a lei de velocidade. b) I. Falsa. Pelo gráfico, a reação é exotérmica, ou seja, libera calor. II. Falsa. Catalisador não desloca o equilíbrio ou aumenta o rendimento de uma reação; ele apenas altera a sua velocidade. 122) a) Etapa I, pois é a etapa lenta da reação. b) V = k . [HOOH] . [I–] 123) A Conforme se aumenta a temperatura de um alimento, a velocidade de decomposição dele também aumenta. 124) D Nas amostras I e IV, a velocidade média de consumo é de 0,2 g/min, ao passo que nas amostras II e III é de 0,4 g/min. 125) A 15 A reação elementar se processa com ordem 1 em relação ao dióxido de enxofre. 126) E Pela equação elementar, vemos que a ordem em relação ao oxigênio é 3. Se a concentração do oxigênio for triplicada, a velocidade da reação aumentará 27 vezes. 127) B A etapa que determina a lei de velocidade de uma reação é a etapa lenta. Assim, temos que a lei de velocidade da reação é V = k . [NO2]. 128) C Se a pressão sobre o N2 for aumentada, o número de colisões efetivas também aumentará, favorecendo a reação. 129) B A reação mais rápida é a 3 (com catalisador e com maior temperatura, 35 oC), seguida da 4 (sem catalisador e à temperatura de 35 oC). Na seqüência vem a 2 (sem catalisador e a 25 oC) e finalmente a 1 (sem catalisador e a 20 oC). Obviamente, quanto maior a velocidade da reação, menor o tempo. Assim: t3 < t4 < t2 < t1. 130) C Quanto maior o número de colisões efetivas entre os reagentes, maior a velocidade da reação. ¡ A 2O3 + AC 3 + 3NO+ 6H2O 131) a) 3 NH4CO4 + 3 A ¡ b) Segmento A: energia de ativação da reação catalisada. A energia de ativação diminui na presença do catalisador. Segmento B: variação da entalpia da reação, que independe do uso de catalisador. 132) C Quando um catalisador diminui a energia de ativação de uma reação, favorecendo-a, denomina-se catalisador positivo. 133) C I. Incorreta. Quanto menor a energia de ativação, maior a velocidade da reação. II. Correta. Quando um catalisador é adicionado, a reação segue um caminho mais rápido e favorável, tendo sua velocidade aumentada. III.Incorreta. Um aumento da temperatura geralmente provoca uma diminuição na energia de ativação. IV. Correta. Quando a energia dos reagentes é igual à energia de ativação, temos o complexo ativado. 134) D Um catalisador é uma substância consumida e regenerada durante o processo reacional. 135) D v = k . [N2O5]a 4z 2z k . x . [N2O5 ]a k . É x Ù . [N2O5 ]a Ê Ú Ë2Û ¡ a=1 2 = 2 . [N2O5]a ¡ 136) E A superfície do catalisador serve como meio para a reação e facilita a transformação de reagentes em produtos. 137) B Quanto maior a temperatura da reação, mais rápida a oxidação da vitamina C. 138) a) Ea = 10 kcal/mol b) ΔHcombustão = È Hprodutos – È Hreagentes ΔHcombustão = [(10) – (30)] ΔHcombustão = –20 kcal/mol 139) A Nos veículos de combustão interna, os catalisadores aceleram os processos de conversão dos gases tóxicos em gases não-tóxicos. 140) D A velocidade de consumo com e sem catalisador é variável, mas a quantidade consumida de reagentes ou formada de produtos após o término da reação independe do uso do catalisador. 141) C A água quente desnatura as enzimas que convertem os carboidratos em amido, conservando o sabor do milho. 142) C O aquecimento aumenta a quantidade e a freqüência das colisões efetivas entre os reagentes. O catalisador aumenta a velocidade da reação. 143) B A reação inversa e sem o uso de catalisador exige uma quantidade de energia de ativação bastante maior que a necessária para qualquer outra reação entre as citadas. 16 144) C Os exemplos da coluna II são bastante evidentes na coluna I. 145) D A adição de um catalisador à reação altera o caminho do processo, tornando-o mais rápido quando comparado ao processo não-catalisado. 146) a) Exotérmica, pois a entalpia dos produtos é menor que a dos reagentes. b) 147) D O uso do catalisador altera apenas a energia de ativação e a velocidade da reação. 148) E Sem o uso do catalisador, a energia de ativação da reação de consumo de C é de 70 kJ/mol. Já com uso de catalisador, esse número cai para 60 kJ/mol. 149) D I. Correta. Catalisadores aumentam a velocidade de uma reação. II. Correta. A velocidade de uma reação aumenta com o uso do catalisador devido à diminuição da energia de ativação. III.Incorreta. O não-uso de um catalisador não impede que a reação se processe, apenas diminui a sua velocidade. IV. Correta. As enzimas são catalisadores biológicos. O substrato, molécula na qual a enzima age, se encaixa na cavidade enzimática num estilo chave-fechadura. No entanto, ao contrário de uma fechadura comum, a molécula de proteína pode se distorcer ligeiramente quando a molécula do substrato se aproxima, e a sua capacidade de distorção correta também determina se a "chave" vai servir. 150) B I. Incorreta. Z representa a energia de ativação sem o catalisador. II. Correta. Y representa a energia de ativação com o catalisador. III.Correta. X representa a variação da entalpia, independentemente do uso de catalisador. IV. Incorreta. O caminho B tem maior velocidade de formação de produtos.