Química 2
Módulo 9: Termoquímica
A T I V I D A D E III
1. (UNESP/2010) A tabela apresenta informações sobre as composições químicas e as entalpias de combustão para três diferentes combustíveis que podem ser utilizados em motores de
combustão interna, como o dos automóveis.
∆H combustão
Massas molares
Kcal ⋅ mol –1
g ⋅ mol –1
gasolina (C8H18)
– 1222,5
114,0
etanol (C2H3OH)
– 326,7
46,0
hidrogênio (H2)
– 68,3
2,0
Combustível
Com base nas informações apresentadas e comparando esses
três combustíveis, é correto afirmar que:
a) a gasolina é o que apresenta menores impacto ambiental
e vantagem energética.
b) o álcool é o que apresenta maiores impacto ambiental e
vantagem energética.
c) o hidrogênio é o que apresenta menor impacto ambiental
e maior vantagem energética.
d) a gasolina é o que apresenta menor impacto ambiental e
maior vantagem energética.
e) o álcool é o que apresenta menor impacto ambiental e
maior vantagem energética.
2. (FUVEST) Com a chegada dos carros com motor Flex, que
funcionam tanto com álcool quanto com gasolina, é importante comparar o preço do litro de cada um desses combustíveis. Supondo-se que a gasolina seja octano puro e o álcool,
etanol anidro, as transformações que produzem energia podem ser representadas por:
C8H18(l) +
25
O2(g) → 8 CO2(g) + 9 H2O(g) + 5100 kJ
2
C2H5OH(l) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(g) + 1200 kJ
Considere que, para o mesmo percurso, idêntica quantidade
de energia seja gerada no motor Flex, quer use gasolina, quer
use álcool. Nesse contexto, será indiferente, em termos econômicos, usar álcool ou gasolina se o quociente entre o preço
do litro de álcool e do litro de gasolina for igual a:
a)
1
.
2
d)
4
.
5
b)
2
.
3
e)
5
.
6
c)
3
.
4
MASSA MOLAR (g/mol)
DENSIDADE (g/mL)
octano
114
0,70
etanol
46
0,80
3. (UEL/2010) Imagine a situação em que você precisou comprar gás GLP (Gás Liquefeito de Petróleo) em uma distribuidora local. O vendedor lhe ofereceu um botijão com 13 kg
de butano, alegando que sua capacidade calorífica é maior
(2900 kJ ⋅ mol –1) e que compense o preço 20% mais caro do
que o botijão contendo 13 kg de propano, que possui capacidade calorífica de 2200 kJ ⋅ mol –1.
Dados: Massa molar do propano: 44g/mol;
Massa molar do butano: 58g/mol.
Com base nos conhecimentos químicos, na proposta do vendedor e pensando em uma compra mais vantajosa e/ou econômica, considere F (falso) ou V(verdadeiro) para as afirmativas a seguir em relação às possibilidades mais adequadas.
(
) Comprar o botijão contendo butano, pois há nele 24%
mais capacidade calorífica do que no botijão de
propano.
(
) Comprar o botijão contendo propano, pois em relação
a sua capacidade calorífica, terá custo menor.
(
) Negociar com o vendedor até que ele chegue a um
percentual de 15% de acréscimo para o botijão de
butano em relação ao botijão de propano, pois essa
porcentagem vai ser compensada pela maior capacidade calorífica do butano.
(
) Propor pagar o mesmo valor em qualquer um dos dois
botijões, pois ao final eles geram a mesma quantidade
de calor.
(
) comprar o botijão contendo propano, por possuir menor massa molar, na mesma massa de 13 kg, proporcionará em comparação com o butano, mais capacidade calorífica.
Assinale a alternativa que contém, respectivamente, a sequência correta.
a) F, F, V, F e V.
d) V, F, V, F e F.
b) F, V, F, V e F.
e) V, F, F, V e V.
c) F, V, V, F e V.
4. (FUVEST) Nas condições ambiente, ao inspirar, puxamos para
nossos pulmões, aproximadamente, 0,5 L de ar, então aquecido da temperatura ambiente (25 °C) até a temperatura do
corpo (36 °C). Fazemos isso cerca de 16 ⋅ 103 vezes em
24 h. Se, nesse tempo, recebermos, por meio da alimentação,
1,0 ⋅ 107 J de energia, a porcentagem aproximada dessa energia, que será gasta para aquecer o ar inspirado, será de:
a) 0,1 %.
b) 0,5 %.
ar atmosférico nas condições ambiente:
c) 1 %.
densidade = 1,2 g/L
d) 2 %.
calor específico = 1,0 J g–1 °C –1
e) 5 %.
5. (FUVEST/2010) A energia térmica, obtida a partir da conversão de energia solar, pode ser armazenada em grandes recipientes isolados, contendo sais fundidos em altas temperaturas. Para isso, pode-se utilizar o sal nitrato de sódio (NaNO3),
aumentando sua temperatura de 300 °C para 550 °C, fazen11
3ª Série do Ensino Médio e Pré-Vestibular
do-se assim uma reserva para períodos sem insolação. Essa
energia armazenada poderá ser recuperada, com a temperatura do sal retornando a 300 °C. Para armazenar a mesma quantidade de energia que seria obtida com a queima de 1 L de
gasolina, necessita-se de uma massa de NaNO3 igual a:
a)
4,32 kg.
b)
120 kg.
c)
240 kg.
d)
3 ⋅ 104 kg.
e)
3,6 ⋅ 104 kg.
Calor específico do
NaNO3 = 1,2 ⋅ 103 J/kg °C
7. (FUVEST/2007) Existem vários tipos de carvão mineral, cujas
composições podem variar, conforme exemplifica a tabela a
seguir.
material
carbono
outros
volátil*
não volátil constituintes**
(% em massa) (% em massa) (% em massa)
Tipo de carvão
umidade
(% em massa)
antracito
3,9
4,0
84,0
8,1
betominoso
2,3
19,6
65,8
12,3
sub-betominoso
22,2
32,2
40,3
5,3
lignito
36,8
27,8
30,2
5,2
*
Considere semelhante a composição do material volátil para os quatro
tipos de carvão.
** Dentre os outros constituintes, o principal composto é a pirita, Fe2+ S 22–.
b)
Qual desses tipos de carvão deve apresentar menor poder calorífico (energia liberada na combustão por unidade de massa de material)? Explique sua resposta.
Qual desses tipos de carvão deve liberar maior quantidade de gás poluente (sem considerar CO e CO2) por unidade de massa queimada? Justifique sua resposta.
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3a Série do Ensino Médio e Pré-Vestibular
d)
Escreva a equação química balanceada que representa a
formação do gás poluente a que se refere o item b (sem
considerar CO e CO2).
Calcule o calor liberado na combustão completa de
1,00 ⋅ 103 kg de antracito (considere apenas a porcentagem de carbono não volátil).
Dados: entalpia de formação do dióxido de
carbono gasoso ................ – 400 kJ/mol.
massa molar do carbono ......... 12 g/mol.
Poder calorífico da
gasolina = 3,6 ⋅ 107 J/L
6. (VUNESP) O gás butano (C4H10) é o principal componente
do gás de cozinha, o GLP (gás liquefeito de petróleo). A água
fervente (H2O, com temperatura igual a 100 °C, no nível do
mar) é utilizada para diversas finalidades: fazer café ou chá,
cozinhar, entre outras. Considere que para o aumento de 1 °C
na temperatura de 1 g de água são necessários 4 J, que esse
valor pode ser tomado como constante para a água líquida
sob 1 atmosfera de pressão e que a densidade da água a 25 °C
é aproximadamente igual a 1,0 g ⋅ mL–1.
a) Calcule a quantidade de calor necessária para elevar a
temperatura de 1 L de água, no nível do mar; de 25 °C
até o ponto de ebulição. Apresente seus cálculos.
b) Dados as entalpias-padrão de formação ( ∆H 0f ) para o
butano gasoso (– 126 kJ ⋅ mol –1), para o dióxido de
carbono gasoso (– 394 kJ ⋅ mol–1), para a água líquida
(– 242 kJ ⋅ mol–1) e para o oxigênio gasoso (0 kJ ⋅ mol–1),
escreva a equação química para a combustão do butano
e calcule a entalpia-padrão de combustão ( ∆H 0c ) para
esse composto.
a)
c)
8. (UNIFESP) Devido aos atentados terroristas em Nova Iorque,
Madri e Londres, os Estados Unidos e países da Europa têm
aumentado o controle quanto à venda e produção de compostos explosivos que possam ser usados na confecção de bombas. Dentre os compostos químicos explosivos , a nitroglicerina é um dos mais conhecidos. É um líquido à temperatura
ambiente, altamente sensível a qualquer vibração, decompondo-se de acordo com a equação:
1
2 C3H5(NO3)3(l) → 3 N2(g) +
O + 6 CO2(g) + 5 H2O(g)
2 2(g)
Considerando-se uma amostra de 4,54 g de nitroglicerina, massa molar 227 g/mol, contida em um frasco fechado com volume total de 100,0 mL:
a) Calcule a entalpia envolvida na explosão.
Dados:
b)
SUBSTÂNCIA
∆ H° FORMAÇÃO (kJ/mol)
C3H5(NO 3) 3(l)
– 364
CO 2(g)
– 394
H 2O g
– 242
Calcule a pressão máxima no interior do frasco antes de
seu rompimento, considerando-se que a temperatura atinge 127 °C.
Dado: R = 0,082 atm ⋅ L ⋅ K –1 ⋅ mol –1
9. (UNICAMP/2008) Se o caso era cozinhar, Rango não tinha
problema. Ele preparou a massa do bolo da festa utilizando
um fermento químico à base de carbonato ácido (bicarbonato) de sódio. Rango começou bem cedo essa preparação, pois
Estrondosa vivia reclamando que depois que o gás passou a ser
o gás de rua, parecia que o forno havia ficado mais lento para
assar. Perdido nessas maravilhas que rodeavam a atividade na
cozinha, Rango se refestelava com os conceitos químicos...
a) “Antes de usar o fermento, eu coloquei um pouco dele
em água e houve um desprendimento de gás. Isso me
indicou que o fermento estava adequado para ser utilizado no bolo.” Qual a reação que eu acabei de observar?
b) “Se a reclamação de Estrondosa sobre o gás combustível for verdadeira, o gás liquefeito de petróleo (butano)
deve fornecer uma energia maior que o gás de rua
(metano), considerando-se uma mesma massa de gás
queimado...” Será que essa hipótese é verdadeira?
Dados: Entalpias de formação em kJ ⋅ mol –1: butano = – 126;
metano = – 75; gás carbônico = – 394 e água = – 242
10. (UNICAMP/2012) A questão ambiental relativa ao destino
de plásticos utilizados é bastante antiga e algumas propostas
têm sido feitas para contornar esse problema. A mais simples
é a queima desses resíduos para aproveitamento da energia, e
outra é o seu reuso após algum tratamento químico. Para responder aos itens a e b, considere a estrutura abaixo como um
fragmento (C10H8O4) representativo do PET.
a)
b)
Levando em conta a equação de combustão completa do
fragmento do PET, calcule a energia liberada na queima
de uma garrafa PET de massa igual a 48 gramas.
No tratamento químico da embalagem PET com solução
de hidróxido de sódio ocorre uma reação de hidrólise
que remove uma camada superficial do polímero, e que
permite a reutilização da embalagem. Com base nessas
informações complete a equação química de hidrólise
do fragmento de PET, no espaço de respostas.
Dados de entalpia de formação em kJ mol –1:
Fragmento = – 476;
CO2 = – 394;
H2O = – 286.
11. (FAMEMA/2010) Utilizando uma bomba calorimétrica é possível determinar o calor de combustão do benzeno, do hidrogênio e do carbono grafite, como ilustram os diagramas a
seguir:
A partir desses dados, a entalpia de formação do benzeno (∆Hf) é:
a)
– 3945 kJ ⋅ mol–1.
d)
50 kJ ⋅ mol–1.
b)
– 1239 kJ ⋅ mol–1.
e)
2587 kJ ⋅ mol–1.
c)
–1
– 808 kJ ⋅ mol .
12. (PUC) Para determinar a entalpia de formação de algumas
substâncias que não podem ser sintetizadas diretamente a partir
dos seus elementos constituintes, utiliza-se, muitas vezes, o
calor de combustão.
1
O → H2O(l)
∆H0 = – 290 kJ
H2(g) +
2 2(g)
C(s) + O2(g) → CO2(g)
∆H0 = – 390 kJ
C8H8(l) + 10 O2(g) → 8 CO2(g) + 4 H2O(l) ∆H0 = –4400 kJ
A partir das reações de combustão do estireno (C8H8), do
hidrogênio e do carbono nas condições padrão acima, conclui-se que a entalpia de formação do estireno (∆H 0f C8H 8) é
igual a:
a) 3720 kJ/mol.
d) – 5080 kJ/mol.
b) 120 kJ/mol.
e) – 8680 kJ/mol.
c) – 200 kJ/mol.
13. (VUNESP/2007) A glicose, C6H12O6, um dos carboidratos
provenientes da dieta, é a fonte primordial de energia dos
organismos vivos. A energia provém da reação com oxigênio
molecular, formando dióxido de carbono e água como produtos. Aplicando a Lei de Hess, calcule a entalpia máxima que
pode ser obtida pela metabolização de um mol de glicose.
Entalpias molares de formação, kJ ⋅ mol –1:
C6H12O6(s) = – 1270; CO2(g) = – 400; H2O(l) = – 290.
14. (ITA-SP) Considere as informações contidas nas seguintes
equações termoquímicas, todas referentes à temperatura de
25 °C e pressão de uma atmosfera:
1)
H2O(l) → H2O(g);
∆H1 = 44,0 kJ/mol.
2)
CH3CH2OH(l) → CH3CH2OH(g);
∆H2 = 42,6 kJ/mol.
7
O → 2 CO2(g) + 3 H2O(l);
2 2(g)
∆H3 = – 1366,8 kJ/mol.
3)
CH3CH2OH(l) +
4)
CH3CH2OH(l) +
∆H4 = ?
5)
CH3CH2OH(g) +
∆H5 = ?
6)
CH3CH2OH(g) +
∆H6 = ?
7
O → 2 CO2(g) + 3 H2O(g);
2 2(g)
7
O → 2 CO2(g) + 3 H2O(l);
2 2(g)
7
O → 2 CO2(g) + 3 H2O(g);
2 2(g)
Em relação ao exposto acima, é errado afirmar que:
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3a Série do Ensino Médio e Pré-Vestibular
a)
b)
As reações representadas pelas equações 1 e 2 são
endotérmicas.
As reações representadas pelas equações 3, 4, 5 e 6 são
exotérmicas.
c)
∆H4 = – 1234,8 kJ/mol.
d)
∆H5 = – 1324,2 kJ/mol.
e)
∆H6 = – 1277,4 kJ/mol.
ANOTAÇÕES:
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15. (UNICAMP) Por “energia de ligação”entende-se a variação
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de entalpia (∆H) necessária para quebrar um mol de uma dada
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ligação. Esse processo é sempre endotérmico (∆H > O). As-
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sim, no processo representado pela equação:
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CH4(g) → C(g) + 4 H(g)
∆H = 1663 kJ/mol
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são quebrados 4 mol de ligações C — H, sendo a energia de
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ligação, portanto, 416 kJ/mol.
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Sabendo-se que no processo.
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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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3a Série do Ensino Médio e Pré-Vestibular
QUÍMICA 2 - MÓDULO 9 - ORIENTAÇÕES DE ESTUDOS E GABARITOS
O R I E N TA Ç Õ E S DE ESTUDO
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3a Série do Ensino Médio e Pré-Vestibular
QUÍMICA 2 - MÓDULO 9 - ORIENTAÇÕES DE ESTUDOS E GABARITOS
H O
2
–
9. a) NaHCO3(s) →
Na +(aq) + HCO3(aq)
GABARITOS
QUÍMICA 2 - MÓDULO 9
–
HCO3(aq)
+ H2O
ATIVIDADE III
1. Alternativa C
3. Alternativa B
H2CO3(aq)
2. Alternativa B
∆Hcomb.(CH4) = –803 kJ/mol
M(C4H10) = 58 g/mol
0,5 L → 0,6 g de ar
Para aquecer 1 g de ar de 25°C até 36°C → 11 J 
 x = 6,6 J
0,6 g de ar
→x

Em 24 horas: 16 ⋅ 103 vezes inspirações:
16 ⋅ 103 ⋅ 6,6 J = 105,6 ⋅ 103 J
M(CH4) = 16 g/mol
A hipótese não é verdadeira, pois na combustão de:
16 g de CH4; libera 803 kJ
16 g de C4H10, libera 733,8 kJ
10. a) Equação de combustão completa do fragmento do PET:
Energia recebida em 1 dia: 1,0 ⋅ 107 J
C10H8O4 + 10 O2 → 10 CO2 + 4 H2O
1,0 ⋅ 107 J → 100% 
 y = 1%
105,6 ⋅ 103 → y

5. Alternativa B
De acordo com o enunciado, a energia liberada pela queima de 1L de
gasolina é igual a 3,6 ⋅ 107J. A energia armazenada pelo aumento da
temperatura de uma massa m de NaNO3 é:
Q = m ⋅ c ⋅ θ∆
Como a variação de temperatura é = 250 °C e o calor específico do sal
é c = 1,2 ⋅ 103J/kg°C, segue que:
Q = m ⋅ 1,2 ⋅ 103 ⋅ 250
Para que a energia armazenada seja igual à liberada pela queima de
1 L de gasolina:
∴
H2O + CO2
b) ∆Hcomb.(C4H10) = –2660 kJ/mol
4. Alternativa C
dAR = 1,2 g/L, portanto: 1L → 1,2 g
3,6 ⋅ 107 = m ⋅ 1,2 ⋅ 103 ⋅ 250
–
OH (aq)
+ H2CO 3(aq)
m = 120 kg
6. a) Q = m ⋅ c ⋅ ∆θ
Massa molar do fragmento =
(10 ⋅ 12 + 8 ⋅ 1 + 4 ⋅ 16) g/mol = 192 g/mol
Cálculo do ∆H da combustão de 1 mol do fragmento do PET
(192 g):
∆H = Σ∆Hformação – Σ∆Hformação
produtos
reagentes
∆H = {10 ⋅ (– 394) + 4 ⋅ (– 286)} – {(– 476) + 10 ⋅ 0}
∆H = (– 5 084 kJ) – (– 476 kJ)
∆H = – 4 608 kJ/mol
Cálculo da energia liberada na queima de 48 g de PET:
libera
1 mol —————
4 608 kj
192 g ————— 4 608 kJ
48 g ————— x
x = 1 152 kJ liberados
Q = 1000 g ⋅ 4J ⋅ g−1 ⋅ °C−1 ⋅ 75°C
b) Como o PET é um poliéster, sua hidrólise alcalina formará um sal
de ácido carboxílico e um álcool (reação de saponificação):
Q = 300 ⋅ 103J → Q = 300 kJ
outra resolução:
b) C4H10(g) +
13
O2(g) → 4 CO2(g) + 5 H2O(l)
2
∆H = − 2660 kJ
7. a) Quanto menor a porcentagem em massa de carbono não volátil,
menor será o poder calorífico do carvão. Logo, o lignito é o tipo de
carvão que apresenta o menor poder calorífico.
b) O tipo de carvão que libera maior quantidade de gás poluente (SO2)
é o betuminoso, pois apresenta maior porcentagem em massa de
pirita (FeS2). O enxofre da pirita será convertido em SO2 na combustão do carvão.
c) A equação da reação pode ser representada por:
4 FeS2 + 11 O2 → 2 Fe2O3 + 8 SO2
d) * Massa do carbono não volátil em 1,00 ⋅ 103 kg de antracito (mc):
3
1,00 ⋅ 10 kg
100%
mc
84%
mc = 840 kg
* número de mols de carbono (n):
1 mol
n
7 ⋅ 10 mol C
libera
13. A metabolização de um mol de glicose pode ser representada pela
equação:
C6H12O6(s) + 6 O6(g) → 6 CO2(g) + 6 H2O(l)
E seu ∆H pode ser obtido pela soma das seguintes equações:
6 Cgraf + 6 O2(g) → 6 CO2(g)
∆H = – 2400 kJ
6 H2(g) + 3 O2(g) → 6 H2O(l)
∆H = – 1740 kJ
C6H12O6(s) → 6 Cgraf + 6 H2(g) + 3 O2(g)
∆H = + 1270 kJ
C6H12O6(s) + 6 O6(g) → 6 CO2(g) + 6 H2O(l)
∆H = – 2870 kJ
14. Alternativa D
840 ⋅ 103 g
H
H
|
|
15. H — C — C — H → 2 C + 6H; ∆H = 2826 kJ
|
|
A entalpia de combustão do carbono é numericamente igual à
entalpia de formação do dióxido de carbono, logo:
4
12. Alternativa B
12 g
n = 7 ⋅ 104 mol
1 mol C
11. Alternativa D
400 kJ
x
x = 2,8 ⋅ 107 kJ
8. a) 28,46 kJ
b) 47,6 atm
16
3a Série do Ensino Médio e Pré-Vestibular
H
H
6 mol de ligações (C — H): Absorve 6 × 416kJ
∆H = H (ligações quebradas) — H (ligações formadas)
2826 = [6 ⋅ 416 + H(C — C)] – 0
2826 = 2496 + H(C — C)
H(C — C) = 330 kJ