termoquÍmica -reações endotérmicas e exotérmicas -cálculo de h -espontaneidade de uma reação

TERMOQUÍMICA

-Reações endotérmicas e exotérmicas

-Cálculo de H

-Espontaneidade de uma reação

1- (UNICAMP-SP) Um botijão de gás de cozinha contendo butano, foi utilizado em um fogão durante um certo tempo, apresentando uma diminuição de massa de 1,0 kg. Sabendo-se que:

1 C4H10(g) + 13/2 O2(g) 4 CO2(g) + 5 H2O(g) H= -2900 kJ/mol

a) Qual a quantidade de calor que foi produzida no fogão devido à combustão do butano?

b) Qual o volume , a 250C e 1,0 atm, de butano consumido?

Dados: Volume molar de um gás ideal a 250C e 1,0 atm = 24,5 litros

C – 12; H-1

Solução

1 C4H10 + 13/2 O2 4 CO2 + 5 H2O H = - 2900 kJ/mol

a) 1 mol C4H10 = 58 g ------------- 2 900 kJ

1000 g -------------- x = 50.000 k/J ou 5.104 kJ

b) 1 mol C4H10 -----58 g

x mol C4H10------1000 g => x = 17,24 mols C4H10

1 mol --------- 24,5 litros ( 250C e 1,0 atm)

17,24 mol------x litros => x = 422, 38 litros

2- (UFC) Dadas as seguintes equações termoquímicas:

I- 1 C(s) + 1 O2(g) 1 CO2 (g) H = - 94,0 kcal

II- 1 H2 (g) + ½ O2 (g) 1 H2O(l) H = - 68 kcal

III- 2 C(s) + 3 H2(g) + ½ O2 (g) 1 C2H6O(l) H = -74 kcal

Determine o calor de combustão do álcool etílico .

SoluçãoPara exercícios desse tipo devemos:

1- Escrever primeiro a reação que queremos

2- Manipular as reações dadas, colocando reagentes e produtos na ordem que queremos obter na equação final

3- Mudar os sinais dos calores envolvidos, quando invertermos a equação

4- Multiplicar e/ou dividir as equações, para que os coeficientes coincidam com os coeficientes da equação final

5- Cortar os termos semelhantes simplificando-os

6- Por últimos somar as equações, obtendo o calor envolvido na equação final

1 C2H6O 2 C + 3 H2 + ½ O2 + 74,0 ( Invertida)

( 2 x) 1 C + 1 O2 -> 1 CO2 - 94,0 ( 2x)

( 3 x) H2 + ½ O2 1 H2O - 68,0 ( 3x)

1 C2H6O 2 C + 3 H2 + ½ O2 + 74,0 kcal

2 C + 2 O2 2 CO2 - 188,0 kcal

3 H2 + 1,5 O2 3 H2O - 204,00 kcal

C2H6O + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O H = - 318,0 kcal

3- (UFSC) Dadas as variações de entalpia de formação para as substâncias:

Substâncias H0f ( kcal/mol)

CH4(g) - 17,9

CO2(g) - 94,0

H2O(g) - 68,3

Calcule a entalpia de formação ( em kcal/mol) da reação de combustão do metano:

CH4(g) + 2 O2 (g) 1 CO2 (g) + 2 H2O(g)

Solução

H f CH4 = -17,9 kcal/mol

H f CO2 = - 94,0 kcal/mol

H f H2O = - 68,3 kcal/mol

CH4(g) + 2 O2 (g) CO2(g) + 2 H2O

H = Hp – Hr ou H = H final – H inicial

H = ( 1.HfCO2 + 2.HfH2O ) – ( 1.HfCH4 + 2.HfO2)

H = ( 1.-94,0 + 2.-68,3) – ( 1.-17,9 + 0)

H = (- 94,0 – 136,6) + 17,9

H = -212,7 kcal/mol Reação exotérmica

4- (UFU-MG) Dois compostos de nitrogênio, hidrazina e tetróxido de nitrogênio, têm larga aplicação na propulsão de naves espaciais. Eles, ao serem misturados, produzem uma violenta reação de combustão. Considerando que os produtos da reação são basicamente nitrogênio gasoso e água na fase de vapor:

a) Escreva a equação da reação, balanceada, que descreve o processo

b) Assumindo a hidrazina e o tetróxido de nitrogênio na fase gasosa, calcule a quantidade de energia (kcal) produzida na reação a partir

das energias de ligação envolvidas.

Dados: Energias de ligação em kcal.mol-1

N – N 38

N – O 55

N – H 86

O – H 111

N = O 97

N N 226

H – N – N – H

H H

O = N – N = O

O O

Solução

a) 2 N2H4(g) + N2O4 (g) 3 N2(g) + 4 H2O(v)

N N

H

H

H

H

2 + N NO O

O O

3 N N + H O

H

4b)

2 . ( 4 N- H) = 2. ( 4. 86) = +688

2. ( N – N) = 1. ( 38 ) = + 76

1. ( N – N) = 1.(38) = + 38

2 .( N – O) = 2. ( 55) = + 110

2 .( N=O) = 2. ( 97) = +194

Energia recebida= + 1.106 kcal

3 . ( NN) = 3.(226)= - 678

4 . ( 2 H-O) = 4. (2. 111)= - 888

Energia liberada = - 1566 kcal

-1 566 kcal

+1.106 kcal

H = - 406 kcalReação exotérmica

Reagentes Produtos

5- (IME-RJ) A variação de energia livre ( G ) e a variação de entropia ( S ), para a transformação do enxofre ortorrômbico em sua forma alotrópica monoclínica, são positivas nas CNTP. Responda:

a) Qual das duas formas alotrópicas é mais estável a 273 K e 101 325 Pa?

b) Qual o sinal para a variação de entalpia ( H ) da transformação, também a 273 K e 101 325 Pa?

Solução

S ortorrômbico S monoclínico G > 0 e S >0

CNTP 00C = 273 K 1 atm = 101 325 Pa

Processo espontâneo H<0 S>0 G<0, se você tiver os valores G< 0

G = H – (TS)

a) Como a transformação tem G>0, o processo é não espontâneo. A forma alotrópica mais estável é aquela de menor energia, portanto o enxofre ortorrômbico é mais estável.

)b G = H – (TS) H = G + (TS) = + + (273+) H>0 endotérmica

6- (IME-RJ) Calcule o valor de energia livre, a 250C, para a reação representada a seguir:

2 Na2O2(s) + 2 H2O(l) 4 NaOH(s) + O2(g)

Dados:

Substância Entalpia de formação S0 a 250C

( 250C ( kJ.mol-1) ( J.mol-1.K-1)

H2O(l) ------------------- - 286,0 ------------------ 69,69

Na2O2 (s) ---------------- - 510,9 ------------------ 94,60

NaOH(s) --------------- - 426,8 ------------------ 64,18

O2 (g) ----------------- 0 ------------------ 205,00

Solução

2 Na2O2(s) + 2 H2O(l) 4 NaOH(s) + O2(g)

G = H - TS

H = Hp – Hr

H = ( 4.Hf NaOH + 1.HfO2) – ( 2 .HfNa2O2 + 2.HfH2O)

H = ( 4.-426,8 + 0) – ( 2.-510,9 + 2. –286)

H = ( -1707,2) – ( -1021,8 – 572)

H = -1707,2 + 1593,8

H = -113,4 kJ ou –113.400 J

JS

S

S

S

SSSSS

SSS

OHONaONaOH

rp

14,133

58,32872,461

)38,1392,189()20572,256(

)69,69.26,94.2()20518,64.4(

).2.2().1.4(2222

G = H - TS

G = -113.400 – (298.133,4)

G = -113.400 – 39675,12

G = - 153.075 J

G = - 153,075 kJ

7- (MED.Pouso Alegre-MG) Assinale a alternativa correta. Observe o gráfico a seguir:

H

Caminho da reação

B [ Y2X2]

0

-A

Y2+ X2

2 YX

A variação de entalpia da reação : Y2 + X2 2 YX , é :

a) - A d) B - A

b) B e) B + A

c) - 2A

Solução

Temos nesse exercício, um cálculo de variação de entalpia de uma reação, através de um gráfico.

É a maneira mais fácil de calcular, a variação de entalpia.

Como a variação de entalpia é dada por entalpia dos produtos menos a entalpia dos reagentes teremos:

Hr = 0 Hp = -A

H = Hp – Hr = - A – O

H = -A LETRA A

8- ( CESGRANRIO-RJ) Dado o esquema abaixo, estabelecido nas condições padrão:

Entalpia ( kcal)

2 H2(g) + CO(g) + 1,5 O2(g)

CH3OH(l) + 1,5 O2(g)

CO2(g) + 2 H2O(l)

H = -173 kcal

H = -204 kcal

E sabendo que a entalpia padrão de formação do CO(g) é igual –26,0 kcal/mol, calcule a entalpia padrão de formação do metanol líquido.

Solução

Esse exercício envolve vários métodos para podermos calcular a entalpia

de formação do metanol.

Temos pelo gráfico três equações:

2 H2 + CO + 1,5 O2 CO2 + 2 H2O H = -204,0 kcal

CH3OH + 1,5 O2 CO2 + 2 H2O H = -173,0 kcal

OBS: não coloquei o estado físico, das substâncias por comodidade, mas... nunca deixe de colocar.

CO2 + 2 H2O CH3OH + 1,5 O2 H = + 173,0

2 H2 + CO + 1,5 O2 CO2 + 2 H2O H = - 204,0

2 H2 + CO CH3OH H = -31,0 kcal

H = Hp – Hr

H = ( HfCH3OH ) – ( 2.HfH2 + HfCO)

-31 = ( HfCH3OH) – ( 0 + -26)

HfCH3OH = -31-26 = -57 kcal

9- (Med. Pouso Alegre-MG) Assinale a alternativa correta.

Aparentemente, cada grama de álcool etílico ingerido por uma pessoa fornece sete quilocalorias ao organismo humano, dando energia e reduzindo a fome. Essa, no entanto, é uma energia aparente pois não contém as vitaminas e os aminoácidos necessários ao organismo, e este fato leva os alcoólatras a um estado de deficiência nutricional múltipla.

Supondo que um ser humano necessite, por dia, de 3 500 quilocalorias de energia para se manter, o volume de álcool etílico a ser ingerido por esta pessoa necessita ser de : ( dado: densidade do álcool etílico = 0,8 g/ml)

a) 625 ml b) 0,002 ml c) 500 ml

d) 350 ml e) 24 500 ml

Solução

Etanol 1 g 7 kcal pessoa 3 500 kcal

d etanol = 0,8 g/ml

7 kcal ------ 1 g

3 500 kcal---x g x = 500 g

mld

mV

V

md

6258,0

500

LETRA A

10- (UF-Vale do Sapucaí-MG) O volume de álcool ( C2H5OH) que produzirá, por combustão completa , a mesma quantidade energia que um litro de gasolina ( aqui representado apenas por isoctano – C8H18) será:

Dados: a 250C, o calor de combustão do etanol é igual a 330,0 kcal/mol, o calor de combustão do isoctano é igual a 1 320 kcal/mol, a massa específica do etanol é igual a 0,75 g/ml, a massa específica do isoctano é igual a 0,80 g/ml, as massa atômicas :

H-1; O-16; C-12

Solução C2H5OH

V = ?

d = 0,75 g/ml

H combustão = 330 kcal/mol

Massa molar = 46 g/mol

C8H18

d = 0,80 g/ml

H combustão = 1 320 kcal/mol

Massa molar = 114 g/mol

gramasVdmV

md HC 8001000.80,0.

188

1 mol C8H18 114 g -------- 1 320 kcal

1 000 ml 800 g ------- x = 9.263, 15 kcal

1 mol C2H5OH 46 g ------ 330 kcal

x g ------ 9.263,15 kcal

x = 1291,22 g C2H5OH

litros ou

mld

mV

V

mdOH H C

72 , 1

0, 172175 , 0

22 , 12915 2

litrosou

mld

mV

V

md OHHC

72,1

0,172175,0

22,129152

LETRA A