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Química Professor: Allan Rodrigues

Estudos de Calor Nas Reações Químicas 1. Leia as informações a seguir: Uma árvore, em um ambiente natural a 20°C, apresentando 105 folhas com área média de 0,5 dm2 por folha, está perdendo água para a atmosfera através dos estômatos, em uma média de 5 g/dm2/h, durante o dia. Dado: Calor latente de vaporização da 2H O 600 cal

Com base nas informações e considerando-se que esse processo está ocorrendo das 13 às 15 horas, conclui-se que a sua importância e a quantidade de calor absorvido, em cal, são, respectivamente:

a) Síntese de carboidrato e fornecimento de alimento; 81,5 10

b) Regulação da temperatura e resfriamento do microambiente; 81,5 10

c) Regulação da temperatura e resfriamento do microambiente; 83,0 10

d) Consumo de ATP e disponibilização de energia para o metabolismo; 73,0 10

e) Consumo de ATP e disponibilização de energia para o metabolismo; 71,5 10

2. Diariamente podemos observar que reações químicas e fenômenos físicos implicam em variações de energia. Analise cada um dos seguintes processos, sob pressão atmosférica. I. A combustão completa do metano 4CH produzindo 2CO e 2H O

II. O derretimento de um iceberg. III. O impacto de um tijolo no solo ao cair de uma altura h. Em relação aos processos analisados, pode-se afirmar que:

a) I é exotérmico, II e III são endotérmicos. b) I e III são exotérmicos e II é endotérmico. c) I e II são exotérmicos e III é endotérmico. d) I, II e III são exotérmicos. e) I, II e III são endotérmicos.

3. A variação de entalpia ( H)Δ é uma grandeza relacionada à variação de energia que depende

apenas dos estados inicial e final de uma reação. Analise as seguintes equações químicas:

3 8 2 2 2

2 2

2 2 2

i) C H (g) 5 O (g) 3 CO (g) 4 H O( ) H 2.220 kJ

ii) C(grafite) O (g) CO (g) H 394 kJ

1iii) H (g) O (g) H O( ) H 296 kJ2

Δ

Δ

Δ

Ante o exposto, determine a equação global de formação do gás propano e calcule o valor da variação de entalpia do processo. 4. A indústria siderúrgica utiliza-se da redução de minério de ferro para obter o ferro fundido, que




é empregado na obtenção de aço. A reação de obtenção do ferro fundido é representada pela reação:

2 3 2Fe O 3 CO 2 Fe 3 CO

Dados: Entalpia de formação f( H )Δ a 25°C, kJ/mol.

A entalpia de reação r( H )Δ a 25°C é:

fH , kJ / mol.Δ 2 3Fe O Fe CO 2CO

– 824,2 0 – 110,5 – 393,5

a) 24,8 kJ / mol

b) 24,8 kJ / mol

c) 541,2 kJ / mol

d) 541,2 kJ / mol

e) 1328,2 kJ / mol

Leia o texto para responder às questões a seguir: Insumo essencial na indústria de tintas, o dióxido de titânio sólido puro (TiO2) pode ser obtido a partir de minérios com teor aproximado de 70% em TiO2 que, após moagem, é submetido à seguinte sequência de etapas:

I. aquecimento com carvão sólido

12 2 reaçãoTiO (s) C(s) Ti(s) CO (g) H 550kJ molΔ

II. reação do titânio metálico com cloro molecular gasoso

12 4 reaçãoTi(s) 2C (s) TiC ( ) H 804 kJ molΔ

III. reação do cloreto de titânio líquido com oxigênio molecular gasoso

14 2 2 2 reaçãoTiC ( ) O (g) TiO (s) 2C (g) H 140 kJ molΔ

5. Considerando as etapas I e II do processo, é correto afirmar que a reação para produção de 1 mol de 4TiC ( ) a partir de 2TiO (s) é

a) Exotérmica, ocorrendo liberação de 1 354 kJ. b) Exotérmica, ocorrendo liberação de 254 kJ. c) Endotérmica, ocorrendo absorção de 254 kJ. d) Endotérmica, ocorrendo absorção de 1 354 kJ. e) Exotérmica, ocorrendo liberação de 804 kJ.




6. Considere a tabela abaixo, em que cH representa a entalpia de combustão para os

compostos listados, a 25°C:

Nome IUPAC Nome usual Estado físico (25°C) cΔH kJ/mol

Etanol Álcool etílico Líquido –1366,8

Etano Etano Gás –1560,7

Eteno Etileno Gás –1411,2

Etino Acetileno Gás –1301,1

2,2,4-trimetilpentano Isoctano Líquido –5462,6

Com base nos dados acima, é CORRETO afirmar que: 01) As reações de combustão para os compostos listados na tabela são exotérmicas, ou seja,

ocorrem com liberação de calor para o meio, e representam transformações químicas. 02) As quantidades de energia liberadas por mol a partir da combustão do acetileno e do

etileno são menores que a quantidade de energia liberada por mol na combustão do etano devido à presença de ligações π no acetileno e no etileno.

04) A combustão completa de um mol de isoctano, um hidrocarboneto que é um dos principais componentes da gasolina, requer o fornecimento de 5462,6 kJ de energia e a presença de 25 mol de oxigênio molecular.

08) A combustão completa do acetileno pode ser representada pela equação química

2 2 2 2 22C H 5O 4CO 2H O.

16) A 25°C, o isoctano é encontrado na forma líquida em função da atuação de forças intermoleculares dipolo-dipolo, mais intensas que as forças de van der Waals presentes, por exemplo, na molécula de acetileno, que é um gás na mesma temperatura.

32) Para produzir a mesma quantidade de energia proveniente da combustão de 57 g de isoctano, são necessários aproximadamente 92 g de etanol.

7. A explosão da nitroglicerina, C3H5(NO3)3, explosivo presente na dinamite, ocorre segundo a reação:

3 5 3 2 2 2 234C H NO 12CO g 10H O g 6N g O g

São fornecidas as seguintes informações:

Entalpia de formação de CO2 gasoso –400 kJ.mol–1 Entalpia de formação de H2O gasoso –240 kJ.mol–1 Entalpia de formação de C3H5(NO3)3 líquido –365 kJ.mol–1 Volume molar de gás ideal a 0°C e 1 atm de pressão 22,4 L

Considerando que ocorra a explosão de 1 mol de nitroglicerina e que a reação da explosão seja completa, calcule:

a) O volume de gases, medido nas condições normais de pressão e temperatura. b) A entalpia da reação, expressa em kJ.mol–1.

8. A variação de entalpia de uma reação química, que ocorre à pressão constante, é representada pelo gráfico:




Admitindo que R corresponde aos reagentes, I ao intermediário e P aos produtos, é correto afirmar que

a) A energia de ativação da segunda etapa da reação é maior que a energia de ativação da primeira etapa.

b) A variação de entalpia da reação é maior que zero. Desta forma, o processo global é endotérmico.

c) A adição de um catalisador aumenta a velocidade da reação, promovendo, também, aumento na variação de entalpia.

d) O calor de reação independe do estado de agregação dos reagentes e produtos. e) A velocidade da reação depende apenas da concentração do intermediário I.

9. O diagrama a seguir representa algumas transformações relacionadas à formação do metano a partir de gás hidrogênio e grafite:

Os valores das energias de ligação H–H e C–H obtidas a partir do diagrama são, respectivamente,

a) 172 kcal/mol e 208 kcal/mol. b) 104 kcal/mol e 99,5 kcal/mol. c) 208 kcal/mol e 90,5 kcal/mol. d) 104 kcal/mol e 398 kcal/mol. e) 52 kcal/mol e 380 kcal/mol.




Gabarito 1. C [Resposta do ponto de vista da disciplina de Biologia] A importância da transpiração foliar, em um ambiente natural a 20°C, consiste em produzir a subida da seiva inorgânica (bruta), absorvida pelas raízes e transportada até a copa das árvores pelos vasos lenhosos (xilema). [Resposta do ponto de vista da disciplina de Química] Calor latente ou calor de transformação equivale à quantidade de calor (por unidade de massa) que uma substância dever receber para mudar de estado físico. Neste caso árvore perde água para a atmosfera através dos estômatos para regular a temperatura e resfriar o microambiente. A partir dos dados, teremos:

2H O

calorlatente

5 2 4 2

L 600 cal / g

10 folhas 0,5 dm 5,0 10 dm (área total)

Em uma hora :

5 g

21 dm

m 4 2

4

4 4

5 10 dm

m 25 10 g

Em duas horas (das 13h às 15h) : 2 25 10 g 50 10 g

1 g

4

600 cal

50 10 g

4 8

E

E 30.000 10 3,0 10 cal

2. B I. Combustão completa do metano: 4 2 2 2CH 2O 2H O CO calor , processo exotérmico.

II. O derretimento de um iceberg: 2 (s) 2 ( )H O calor H O , processo endotérmico.

III. Parte da energia cinética é transformada em calor, portanto, processo exotérmico.

3. Teremos, de acordo com a Lei de Hess:

3 8 2 2 2

2 2

2 2 2

i) C H (g) 5 O (g) 3 CO (g) 4 H O( ) H 2.220 kJ (inverter)

ii) C(grafite) O (g) CO (g) H 394 kJ ( 3)

1iii) H (g) O (g) H O( ) H 296 kJ ( 4)2

Δ

Δ

Δ




2i) 3 CO (g) 24 H O( ) 3 8 2C H (g) 5O (g) 1

2

H 2.220 kJ

ii) 3C(grafite) 3O (g)

Δ

23CO (g) 2

2 2

H 3( 394) kJ

iii) 4H (g) 2O (g)

Δ

24H O( ) 3

2 3 8 1 2 3

H 4( 286) kJ

3C(grafite) 4H (g) 1C H (g) H H H H

H 2.220 kJ 3( 394) kJ 4( 286) kJ

H 106 kJ

Δ

Δ Δ Δ Δ

Δ

Δ

4. B

2 3 2

3 ( 110,5 kJ) 0 3 ( 393,5 kJ)824,2 kJ

Fe O 3 CO 2 Fe 3 CO

H [3 ( 393,5 kJ) 0] [ 824,2 kJ 3( 110,5 kJ)]

H 24,8 kJ / mol

Δ

Δ

5. C

reagentes produtos

2 3 2 3

H H

produtos reagentes

2 A (s) Fe O (s) 2 Fe (s) A O (s) calor

0 824,2 kJ 0 1675,7kJ

H H H

H [0 ( 1675,7)] [0 ( 824,2)] 851,5 kJ

Δ

Δ

6. B

Aplicando a Lei de Hess, vem:

2TiO (s) C(s) Ti(s) 12 ICO (g) H 550kJ mol

Ti(s)

Δ

12 4 II

2 2 2 4 I II

2C (s) TiC ( ) H 804 kJ mol

TiO (s) C(s) 2C (s) CO (g) TiC ( ) H H H

H 550 804 254 kJ

Δ

Δ Δ Δ

Δ

7. 01 + 02 + 08 + 32 = 43.

[01] Verdadeira. Toda combustão é uma transformação exotérmica. Isto se verifica pelo sinal negativo do CHΔ .

[02] Verdadeira. A presença de ligações pi aumenta a energia que deve ser absorvida para a quebra das moléculas. Isso faz com que, ao final do processo, uma menor quantidade de energia seja liberada para a vizinhança.

[04] Falsa. A reação ocorre com liberação de energia, e não com absorção. [08] Verdadeira. A equação está corretamente montada e balanceada.




[16] Falsa. As forças intermoleculares no isoctano não são do tipo dipolo-dipolo, pois a molécula

apresenta dipolos induzidos, e não permanentes. Portanto, são forças de dipolo temporário. [32] Verdadeira.

Isoctano (C8H18): MM = 114g/mol

Assim:

114g de isoctano ______5462,6 kJ liberados

57g ______ E

E = 2713,3 kJ Para o etanol (C2H6O): MM = 46g/mol

46g de etanol ______ 1366,8 kJ liberados

m ______ 2713,3 kJ

m 91,3g. 8.

a) Teremos:

3 5 3 3 2 2 2 2

29 mols

4C H (NO ) ( ) 12CO (g) 10H O(g) 6N (g) O (g)

4 mols

29 22,4 L

1mol

V

29 22,4 LV 162,4 L

4

b) Teremos:

3 5 3 3 2 2 2 24C H (NO ) ( ) 12CO (g) 10H O(g) 6N (g) O (g)

4( 365 kJ) 12( 400 kJ) 10( 240 kJ) 6 0 0

H [12( 400 kJ) 10( 240 kJ) 6 0 0] [4( 365 kJ)]

H 5750 kJ / 4 mol de nitroglicerina

H 1435 kJ / mol

Δ

Δ

Δ

9. B A variação de entalpia é maior do que zero, pois a entalpia dos produtos é maior do que a entalpia dos reagentes.




10. B De acordo com o diagrama, para a quebra de 2 mols de ligações H–H são necessários 208 kcal, então:

2 mol H H 208 kcal

1mol H H H H

H H

E

E 104 kcal

De acordo com o diagrama, para a quebra de quatro mols de ligações C–H são necessários 362 kcal 208 kcal 172 kcal 18 kcal , então:

4 mol C H 362 kcal

1mol C H C H

C H

E

E 90,5 kcal

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