cÁlculo da variaÇÃo de entalpia...∆h = +177 kj/mol h 2 o(ℓ) + 1/2 o 2(g) → h 2 o 2(aq) ......

IIIII QMR c10 CÁLCULOS DA VARIAÇÃo DE ENTALPIA IIIII

vestibuarpassoapasso.com.br 08/05/2016 09:58 Editora VESTIBULAR PASSO A PASSO 1

QMR C10 CÁLCULO DA VARIAÇÃO DE ENTALPIA

A

B

C

D

E

F

Anotar a hora.

Para cada questão, ler a resolução e escrever com caneta nas paginas da esquerda.

Sempre escrever a fórmula. Sempre fazer a representação gráfica.

Resolver passo a passo.

Preferentemente resolver primeiro todas de uma coluna, que são mais simples, daí prosseguir com as questões de uma coluna e meia.

Prosseguir até o final sem interrupção resolvendo as longas, de duas colunas. Anotar a hora de finalização.

Seu o objetivo deve ser 20 questões / hora, ou 40 em duas horas

Atingiu? Sim? Ótimo,

Parabéns, Você venceu.

.

Os colégios e cursos que adotam este método conseguem maior quantidade de alunos aprovados nos vestibulares.

Nas provas mensais os professores devem adotar estas e outras questões de vestibulares do mesmo capítulo (10 questões por exemplo), condicionando que o aluno sempre “justifique sua resposta”.

_____



Pág 158 1) UFMG O gás natural (metano) é um combustível utilizado, em usinas termelétricas, na geração de eletricidade, a partir da energia térmica liberada na combustão

CH4(g) + 2 O2 (g) CO2‚ (g) + 2 H2O(g)

H = - 800 kJ/mol Em Ibirité, região metropolitana de Belo Horizonte, está em fase de instalação uma termelétrica que deverá ter, aproximadamente, uma produção de 2,4×10ªkJ/hora de energia elétrica. . Considere que a energia térmica liberada na combustão do metano é completamente convertida em energia elétrica. Nesse caso, a massa de CO‚ lançada na atmosfera será, APROXIMADAMENTE, igual a a) 3 toneladas/hora. b) 18 toneladas/hora. c) 48 toneladas/hora. d) 132 toneladas/hora.

IIIIIIII R E S O L U Ç Ã O IIIIIIII

1mol de CO2 44 g 800 kJ

x y 2,4.109 x= 1 . 2,4 . 109 y = 44 . 2,4.109 800 800

3.000.000 132 T 2,4.109 Opção ( D )



2) Univali–SC O gás engarrafado, usualmente consumido como combustível em fogões, é mistura de hidrocarbonetos derivados do petróleo, constituído, predominante–mente, do composto de cadeia normal, C4H10 (C = 12 H = 1) Uma dona de casa, utilizando-se de seus conhecimentos em termoquímica e sabendo que a quantidade de calor produzida em seu fogão, devido à combustão do gás foi de 60.000 kJ, calculou que o botijão de gás utilizado apresentou uma diminuição em sua massa de:

4CO2

: ΔH = - 2900 kJ a) 1,0 Kg b) 1,2 Kg c) 2,8 Kg d) 3,2 Kg e) 4,4 Kg


1 mol C4H10 58 g – 2900 kJ

1 – 60000 x = 60000 29000

x 20,7 mol

1 mol 58 g

20,7 y y = 20,7 . 58 y = 1200, 6 g

y 1,2 kg



3) UEA–AM A reação de combustão completa do carbono pode ser representada pela


EXTRA A combustão completa de metanol pode ser representada pela equação não-balanceada:

CH3OH + O2 CO2 + 2 H2O? quando se utiliza 5,0 mols de metanol nessa reação, quantos mols de CO2 são produzidos?

IIIIIIII R E S O L U Ç Ã O IIIIIIII Primeiro passo é realizarmos o balanceamento químico da equação:

2 CH3OH + 3 O2 2 CO2 + 4 H2O

2 mols de metanol (CH3OH) 2 mols de CO2

5 x x = 5 mols de CO2



4) Em relação a tabela de entalpia de formação de substâncias

3) LEI DE HESS Pág 159 5) Fuvest–SP O “besouro bombardeiro” espanta seus predadores, expelindo uma solução quente. Quando ameaçado, em seu organismo ocorre a mistura de soluções aquosas de hidroquinona, peróxido de hidrogênio e enzimas, que promovem uma reação exotérmica, representada por: Enzima hidroquinona C6H4(OH)2(aq) + H2O2(aq) → C6H4O2(aq) + 2 H2O(ℓ) O calor envolvido nessa transformação pode ser calculado, considerando-se os processos: C6H4(OH)2(aq) → C6H4O2(aq) + H2(g) ∆H = +177 kJ/mol H2O(ℓ) + 1/2 O2(g) → H2O2(aq) ∆H = +95 kJ/mol H2O(ℓ) → 1/2 O2(g) + H2(g) ∆H = +286 kJ/mol Assim sendo, determine o calor envolvido na reação que ocorre no organismo do besouro. a) – 558 kJ.mol

–1 b) – 204 kJ.mol

–1

c) + 177 kJ.mol–1

d) + 558 . kJ.mol–1

e) + 585 kJ.mol

–1

IIIIIIII R E S O L U Ç Ã O IIIIIIII *Lei de Hess C6H4(OH)2(aq) → C6H4O2(aq) + H2(g) ∆H = +177 kJ/mol



H2O(l) + 1/2 O2(g) → H2O2(aq) ∆H = +95 kJ/mol (Inverte a reação e tbm o ∆H) H2O(l) → 1/2 O2(g) + H2(g) ∆H = +286 kJ/mol (Inverte a reação e tbm o ∆H) C6H4(OH)2(aq) → C6H4O2(aq) + H2(g) ∆H = +177 kJ/mol H2O2(aq)→H2O(l) + 1/2 O2(g) ∆H = -95 kJ/mol 1/2 O2(g) + H2(g)→H2O(l) ∆H = -286 kJ/mol Simplifica (cancela) os semelhantes H2, 1/2 O2.... C6H4(OH)2(aq) + H2O2(aq) → C6H4O2(aq) + 2 H2O(l) Soma as entalpias: ∆H = +177 -95 -286

H = - 204 kj/mol Opção ( B )



OUTRA QUESTÃO

IIIIIIII R E S O L U Ç Ã O IIIIIIII Reação: C6H4(OH)2(aq) + H2O2(aq) → C6H4O2(aq) + 2 H2O(l)

∆H = ? Lei de Hess: Primeiramente invertemos as duas últimas equações termoquímicas: C6H4(OH)2(aq) → C6H4O2(aq) + H2(g) ∆H = +177 kJ/mol H2O2(aq) → H2O(i) + 1/2 O2(g) ∆H = -95 kJ/mol 1/2 O2(g) + H2(g) → H2O(l) ∆H = -286 kJ/mol Somando as três equações: C6H4(OH)2(aq) + H2O2(aq) + 1/2 O2(g) + H2(g) → C6H4O2(aq) + H2(g) + H2O(l) + 1/2 O2(g) + H2O(l) C6H4(OH)2(aq) + H2O2(aq) → C6H4O2(aq) + 2 H2O(l) ∆H = -204 kJ/mol



6) FGV Em um conversor catalítico, usado em veículos automotores

Pág 159 7) UEA–AM 2012 –21 Em condições apropriadas, o carbono reage com vapor de água produzindo uma mistura gasosa combustível, de grande interesse industrial, conhecida como gás de água. Essa reação é representada por: C(s) + H2O(g) → CO(g) + H2(g) Com base nos dados, C(s) + 1/2 O2(g) → CO(g) ∆H = –111 kJ/mol de CO(g) H2(g) + 1/2 O(g) → H2O(g) ∆H = – 242 kJ/mol de H2O(g), o ∆H da reação de produção do gás de água é, em kJ/mol de H2(g), igual a A) – 353 e, portanto, é uma reação exotérmica. B) – 353 e, portanto, é uma reação endotérmica. C) – 131 e, portanto, é uma reação endotérmica. D) + 131 e, portanto, é uma reação exotérmica. E) + 131 e, portanto, é uma reação endotérmica.

IIIIIIII R E S O L U Ç Ã O IIIIIIII 1– Conserva a primeira 2 – Invertea segunda 3 – Simplifica

H = – 111kj/mol

H = 242 kj/mol

H = 131 kJ/mol



H = HProd – H reagentes

H = 242 – 111

H = 131kJ/mol

Send H >0 processo endotérmico

8) Unimep–SP Calcule o H0 em

kcal/mol, a 25oC para

1 Fe2O3(s) + 1 CO(g) 2 FeO(s)+ 1 CO2(g) Dados os calores de formação em kcal/mol



QUESTÃO EXTRA Conhecendo os calores de formação em kcal/mol a variação de entalpia padrão, delta H em kcal/mol, a 25 graus Celsius, para a reação é?

(Fe2)3 + CO 2 Fe) + CO2

H Fe2O3 = - 196,5

H FeO = - 63,8 CO2 = -94,05

??HCO = -26,41 IIIIIIII R E S O L U Ç Ã O IIIIIIII Escrevendo a reação

Fe2O3 + CO 2 FeO + CO2 -196,5 -26,41 63,8 94

Multiplicamos o H do FeO por 2, por formar 2 moles 2 x (- 63,8) = -127,6

Calculo H

H = Eprodutos - Ereagentes.

H = -127,6 - 94,05 - (-196,5 - 26,41)

H = - 221,65 - (-222.91)

H = +1,26

9) UFRRJ 2003 A produção de álcool volta a ser apontada com uma das soluções para os problemas da poluição ambiental. Recentemente um acordo ente Brasil e Alemanha permitirá a fabricação de carros movidos a álcool. Sabendo-se os valores das entalpias de formação a 25°C: * 94,1 kcal/mol para CO2 (g) * 68,3 kcal/mol para H2O (l) * 66,4 kcal/mol para C2H5OH a) Escreva a reação que corresponde a essa combustão. b) Calcule o calor envolvido na queima de 92g de etanol.


a) C2H5OH + 7/2 . O2 2 . CO2 + 3 H2O

b) C + O2 CO2 ΔH = - 94,1 kcal/mol x 2 = - 188,2

H2 + ½ . O2 H20 ΔH = - 68,3 kcal/mol x 3 = - 204,9

2.C + 3.H2 + ½ O2 C2H6O ΔH = - 66,4 kcal/mol Invertendo o sinal = + 66,4



C2H5OH + 7/2 . O2 2 . CO2 + 3 H2O ΔH = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3 ΔH = - 188,2 + (- 204,9) + 66,4 ΔH = - 326,7 kcal/mol Regra de três para encontrar o calor envolvido na queima de 92g de etanol 1 mol de etanol = 46g

46g - 326,7

92 g X X = 92 . (- 326,7) 46 X = - 653,4 kcal

10) PUC Considere as informações



Pág 164

11) Unicamp–SP 2012 – 29 No funcionamento de um motor, a energia envolvida na combustão do n-octano promove a expansão dos gases e também o aquecimento do motor. Assim, conclui-se que a soma das energias envolvidas na formação de todas as ligações químicas é a) maior que a soma das energias envolvidas no rompimento de todas as ligações químicas, o que faz o processo ser endotérmico. b) menor que a soma das energias envolvidas no rompimento de todas as ligações químicas, o que faz o processo ser exotérmico. c) maior que a soma das energias envolvidas no rompimento de todas as ligações químicas, o que faz o processo ser exotérmico. d) menor que a soma das energias envolvidas no rompimento de todas as ligações químicas, o que faz o processo ser endotérmico.


1 C8H18(g) + 25/2 O2

8 CO2(g) + 9 H2O(g) H < 0 O processo de quebra das ligações é endotérmico, portanto absorve energia para romper as ligações dos reagentes.

O processo de formação de ligação é exotérmico, portanto ocorre liberação de energia na formação dos produtos. Como a combustão do n-octano é exotérmica, a energia liberada na formação das ligações é maior que a absorvida durante a quebra. Opção ( C )



12) Fuvest–SP Pode-se conceituar energia de ligação química como sendo a variação de entalpia 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) → 2 N(g)+ 4 H(g); ∆H = 1720 kJ / mol N2H4, são quebradas 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) 1.330

IIIIIIII R E S O L U Ç Ã O IIIIIIII H I 1 N–H = 1170 I H Cada N–H = 1170 3 Cada N–H = 390 (Já informado no texto) N2H4 H H I I H – N – N – H 4 N–H = 4 . 390 4 NH = 1560 4 NH + 1 NN = 1720



1 NN = 1720 – 1560 1 NN = 160 J

13) Cefet–RJ “A BMW testa veículos movidos a hidrogênio e antecipa uma novidade que chegará ao mercado em 2005. A indústria (...) aposta no hidrogênio como um dos mais promissores substitutos da gasolina. Ele não depende de reservas estratégicas e é facilmente obtido com a quebra da molécula da água. (...) Em vez de dióxido de carbono, o escapamento expele água. O hidrogênio pode zerar a emissão de poluentes por veículos no futuro...” Revista Época out 2005 Com base nos dados da tabela, podemos afirmar que a variação de entalpia (ΔH) da reação

Ligação Energia de ligação (kJ. mol

–1)

H – H 437

H – O 463

O = O 494

H2(g) + O2(g) → 2 H2O(g), em kJ/mol de H2O(g), é: a) – 442 b) – 242 c) + 221 d) + 467 e) + 488

IIIIIIII R E S O L U Ç Ã O IIIIIIII Algumas observações: a equação está parcialmente balanceada. 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(g) (faltava o coeficiente 2 para o H2)



quebro 2 ligações H – H (2 × 437)

(quebra endotérmico sinal +)

quebro 1 ligação O = O (1 × 494)

(quebra endotérmico sinal +) formo 4 ligações H - O (4 × - 4

63) (formação exotérmico sinal -) somando tudo = - 484 mas como é por mol de H2O e nessa reação se formam 2 mols de 2º então dividimos o valor por 2 para ficar entalpia para 1 mol de H2O Valo final - 484 / 2 = - 242 Opção ( B )



X-EXERCÍCIOS DE REVISÃO – Pág 165 10.1 UFRN NLoc Numa universidade do Nordeste, pesquisadores da área


10.2 Fatec–SP NLoc Os dados abaixo referem–se aos calores de combustão em kJ/mol) de algumas




10.3 UPM–SP NLoc A hidrazina, cuja fórmula química é N2H4, um composto




10. 4 NLoc

Calcule H da reação:

1 SO4 (g) + 1 NO2(g)

10. 5 – UEM–PR NLoc O metanol é um líquido combustível que pode ser considerado como um substituto da gasolina.

Un




10.6 UNIRIO NLoc A água da chuva nunca teve a pureza que o senso comum lhe atribuiu, mas por obra

fim daPág 165


ERCÍCIOS DE REVISÃO - b Pág 166

10.7 Fuvest–SP NLoc Considere os dados da tabela abaixo, a 25

oC e 1 atm




10.8 NLoc Um dos sistemas propelentes usados em foguetes


10.9 Fei–SP Uma das soluções para o problema do lixo é sua utilização na fabricação de gás metano




10.10 Puc–SP NLoc São dadas as seguintes informações relativas a reações


10. 11 PUC–MG NLoc Quando gorduras e óleos




10.12 PUC–RJ O gás cloro, Cℓ2, amarelo esverdeado, é altamente tóxico


10.13 Com base nas seguintes energias de rompimento de ligação

IIIIIIII R E S O L U Ç Ã O IIIIIIII Reagentes Produtos Desmonta Monta

1C=C 200 1 C=C) 146

2 C–H 1305 1CF 116

1H–F 135 3 C–H 300

435 562

Prod 562

=127 Cozinhou batata Reag 435 0



10.14 PUC–SP Dados: entalpia de ligação H–H = 435 kJ/mol; N–H = 390kJ/mol

a) – 645 b) 0 c) + 645 d) 945 e) + 1125

IIIIIIII R E S O L U Ç Ã O IIIIIIII Reagentes Produtos

1N2 X 2(NH3) 2.1170

3H2 1305 =2340

1305+x 2340

1305+x

= 90 no sentido p baixo Liberou calor 2340 0

Total H = – 90

Final – Inicial = H 780 – |1305+ x| = – 90 Ou olhando direto no gráfico:

1305 + x – 90 = 2340 1215 + x = 2340 x = 2340 –1215 x = 1125



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QUÍMICA EM CAPÍTULOS



Entalpia de formação UERJ 2003 – 2

a Fase – Disc – 03

A metabolização do etanol das bebidas alcoólicas pelo organismo humano de dá através de uma combustão na qual, reagindo com o oxigênio, o etanol forma dióxido de carbono e água. Apesar de o organismo receber a energia produzida por esta combustão, o consumo de tais bebidas não é recomendado, pois, dentre outros fatores, não contêm vitaminas nem aminoácidos. Considere as informações abaixo:

Sabendo que a combustão ocorre nas condições padrão e que 1 caloria alimentar (Cal) equivale a 1 kcal, calcule a quantidade de calorias alimentares resultante da metabolização de 9,2 g de etanol, contidos em uma certa dose de bebida alcóolica.


CH3–CH2–OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O MISTURA DE COLUNA

H = 2 × HCO3 + 3 × HH2O – Hetanol – 3 × HO2

H = 2 × (– 94,1) + 3 × (– 68,5) – (– 66,2) – 3 × (0)

H = – 188,2 – 205,5 + 66,2

H = – 327 kcal/mol

46 g 327,5 Cal

9,2 x 46 x = 9,2 × 327,5 x = 9,2 . 327,5 46 x = 92 × 10–1 × 327,5 46 x = 2 . 32,75 x = 66 cal



Reação de combustão (oxidação) UERJ 2004 – Ex final (18 a 20.) –19 ?????????????? UERJ 2003 – 1

aF – 2

oEx(34 35) – 35

Considere a tabela abaixo para responder às questões de número 34 e 35.

( questão 35 ) Um experimento consiste na combustão completa de 1 mol de cada um dos combustíveis relacionados na tabela acima, utilizando 4 câmaras de combustão idênticas à ilustrada, uma para cada um dos combustíveis. Observe que um pistão mantém a pressão constante em 1 atm na câmara de combustão.

Inicialmente, à temperatura de 25°C, cada combustível, no estado gasoso, é colocado numa câmara juntamente com a quantidade estequiométrica de oxigênio adequada à reação. Terminada a combustão, a câmara é resfriada até 25°C e verifica–se a presença, apenas, de anidrido carbônico e de um volume desprezível de água no estado líquido. As alturas inicial e final do pistão são diferentes em cada câmara. Considerando o comportamento ideal dos gases, a câmara onde o pistão realizou o maior trabalho continha o seguinte combustível: a) etino b) etano c) eteno d) metano

IIIIIIII R E S O L U Ç Ã O IIIIIIII Quem libera maior calor por mol, realiza maior trabalho. Etano: 372 cal/mol Opção ( B )



Reações orgânicas UERJ 2004 – 2 Fase – Disc – 04 O ciclopropano, anestésico, e o 2,4,6–trimetil–s–trioxano, sedativo, cuja estrutura é apresentada a seguir, são dois compostos químicos utilizados como medicamentos.

A reação de combustão completa do ciclopropano tem, como produtos finais, dióxido de carbono e água. Na tabela abaixo são apresentados os valores médios de energia de ligação envolvidos neste processo, nas condições–padrão.

) Determine a fórmula mínima do 2,4,6–trimetil–s–trioxano. B) Calcule a entalpia–padrão de combustão do ciclopropano.

4) A) (C2H4O)n

B)

C3H6 + 9/2 O2 CO2 + 3 H2O ligações rompidas: C–H 6 . 99 = 594 C–C 3 . 83 = 249 O = 9 . 119 = 536 2 Total = 1.379 kcal Ligações formadas C=O 2 . 3 . 178 = 1.068 H–O 2 . 3 . 111 = 666 total = 1.734 kcal H = 1 379 – 1 734 H = – 355 kcal . mol–1



Reação de oxidação UERJ 2004 – Ex final (18 a 20.) –19 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.

O sulfeto de hidrogênio é extraído dos combustíveis por um solvente que possui baixa polaridade molecular e natureza ácido–básica oposta à sua. ( questão 19 ) As entalpias–padrão de formação de substâncias participantes na combustão do sulfeto de hidrogênio são fornecidas abaixo.

O valor da entalpia–padrão de combustão do sulfeto de hidrogênio em kJ × mol

−1 é

igual a: (A) − 562 (B) − 602 (C) − 1124 (D) − 1204


Produtos Reagentes

(-20) + 1,5 . (0) (-296) + (-286)

- 20 - 582 Entalpia padrão = - 582 – (-20) Ent = 582 + 20 = - 562 Opção ( A )

Mudança de estado UERJ 2005 – 2

oEq – 39

O gelo seco, ou dióxido de carbono solidificado, muito utilizado em processos de refrigeração, sofre sublimação nas condições ambientes. Durante essa transformação, ocorrem, dentre outros, os fenômenos de variação de energia e de rompimento de interações. Esses fenômenos são classificados, respectivamente, como: a) exotérmico − interiônico b) exotérmico − internuclear c) isotérmico − interatômico d) endotérmico − intermolecular

IIIIIIII R E S O L U Ç Ã O IIIIIIII Se era gelo seco sólido e foi para gasoso, absorveu energia (endotérmico). As moléculas de CO2 continuam sendo CO2, se agitam mais e se separaram As ligações entre moléculas (ligação intermolecular) ficam mais fracas Opção ( D )



Reações variadas UERJ 2005 – 1

aF – 2

oEq – 41

As equações químicas abaixo representam reações de síntese, realizadas em diferentes condições, para a obtenção de uma substância hipotética XY.

I – X2(g) + Y2(g) 2 XY(ℓ) + Q1

II – X2(g) + Y2(g) 2 XY(s) + Q2

III – X2(g) + Y2(g) 2 XY(g) + Q3 Considere Q1 , Q2 e Q3 as quantidades de calor liberadas, respectivamente, nas reações I, II e III. A relação entre essas quantidades está expressa na seguinte alternativa: a) Q1 > Q2 > Q3 b) Q2 > Q1 > Q3 c) Q3 > Q1 > Q2 d) Q3 > Q2 > Q1

IIIIIIII R E S O L U Ç Ã O IIIIIIII III Formou Gasoso liberou pouco Q I Formou Líquido liberou médio Q II Formou Sólido liberou muito Q Sequencia Q2 > Q1 > Q3 Opção ( B )

Entalpia de formação UERJ 2005 – 2

a Fase – Disc 05

Na série homóloga dos álcoois, os quatro primeiros são: metanol, etanol, propanol e butanol. Dentre as propriedades apresentadas por esses compostos, destacam–se a combustão e a grande solubilidade na água. Com o objetivo de comprovar a qualidade de um combustível, foi determinado seu teor de etanol em uma amostra. Foram totalmente queimados 287,5 g de álcool hidratado, o que resultou na liberação de 1.632 kcal, a 25ºC e 1 atm. A tabela abaixo fornece os valores das entalpias–padrão de formação nas condições da experiência. A) Determine a porcentagem da massa de etanol contida na amostra de álcool hidratado. B) Para comparar as solubilidades do etanol e do butanol puros, foram preparadas duas amostras contendo as mesmas quantidades dessas substâncias, dissolvidas separada-mente em 1 L de água pura, à temperatura ambiente. Aponte em que amostra a fração de álcool solubilizada é maior e justifique sua resposta.



IIIIIIII R E S O L U Ç Ã O IIIIIIII A) Reação de combustão do etanol

C2H5OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O

H =

H = 2 × (94,1) + 3(68,3) (66,7)

H = 326,4 kcal/mol Cálculo da porcentagem :

326,4 kcal 46

1632 X X = 230 g etanol Álcool etanol

287,5 g 230 g

100 g Y Y = 80 % B) Na amostra contendo etanol e água O etanol apresenta maior polaridade.

cÁlculo da variaÇÃo de entalpia...∆h = +177 kj/mol h 2 o(ℓ) + 1/2 o 2(g) → h 2 o 2(aq) ......

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