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Termoquímica A madeira ao queimar LIBERA energia na forma de CALOR O gelo para fundir ABSORVE energia na forma de CALOR O calor envolvido nas transformações é estudado pela TERMOQUÍMICA Absorvem calor do meio ambiente Liberam calor para o meio ambiente 01) Considere as seguintes transformações que ocorrem em uma vela acesa: I. Solidificação da parafina que escorre da vela. II. Queima da parafina. III. Vaporização da parafina. Dessas transformações, APENAS: a) I é endotérmica. b) II é endotérmica. c) III é endotérmica. d) I e II são endotérmicas. e) II e III são endotérmicas. EXOTÉRMICA EXOTÉRMICA ENDOTÉRMICA SÓLIDO LÍQUIDO GASOSO fusão vaporização solidificação condensação ressublimação sublimação 02) Ao se dissolver uma determinada quantidade de cloreto de amônio em água a 25°C, obteve-se uma solução cuja temperatura foi de 15°C. A transformação descrita caracteriza um processo do tipo: a) atérmico. b) adiabático. c) isotérmico. d) exotérmico. e) endotérmico. 03) (UFMG – 2002) Ao se sair molhado em local aberto, mesmo em dias quentes, sente-se uma sensação de frio. Esse fenômeno está relacionado com a evaporação da água que, no caso, está em contato com o corpo humano. Essa sensação de frio explica-se CORRETAMENTE pelo fato de que a evaporação da água a) é um processo endotérmico e cede calor ao corpo. b) é um processo endotérmico e retira calor do corpo. c) é um processo exotérmico e cede calor ao corpo. d) é um processo exotérmico e retira calor do corpo. e) é um processo atérmico e não troca calor com o corpo. 04) (Unesp-SP) Em uma cozinha, estão ocorrendo os seguintes processos: I. Gás queimando em uma das “bocas” do fogão. II. Água fervendo em uma panela que se encontra sobre esta “boca” do fogão. Com relação a esses processos, pode-se estimar que: a) I e II são exotérmicos. b) I é exotérmico e II é endotérmico. c) I é endotérmico e II é exotérmico. d) I é isotérmico e II é exotérmico. e) I é endotérmico e II é isotérmico. Toda espécie química possui uma energia, que quando medida à pressão constante, é chamada de ENTALPIA (H) Não é possível calcular a entalpia de um sistema, e sim a sua variação ( ΔH ) ΔH = H final – H inicial ΔH = H final – H inicial ENTALPIA (H) Caminho da reação REAGENTES PRODUTOS ΔH < 0 HR HP ΔH = H final – H inicial ENTALPIA (H) Caminho da reação REAGENTES PRODUTOS ΔH > 0 HR HP 01) Considere o gráfico a seguir: Kcal Caminho da reação A + B C + D 25 40 É correto afirmar que: São feitas as afirmações: I. A entalpia dos produtos é de 40 kcal II. A reação absorve 15 kcal III. A reação direta é exotérmica IV. A variação de entalpia é de 15 kcal c) Apenas I, II e IV são verdadeiras. d) Apenas I, II e III são verdadeiras. e) Apenas III é verdadeira. a) Apenas I é verdadeira. b) Apenas I e II são verdadeiras. VERDADEIRA ΔH = HR 40 – HP 25 15 kcal VERDADEIRA FALSA VERDADEIRA Representação da entalpia nas reações químicas O calor pode ser representado como ... ...parte integrante da reação: ...na forma de variação de entalpia N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) ΔH = – 92,2 KJ 2 NH 3 (g) N 2 (g) + 3 H 2 (g) ΔH = + 92,2 KJ N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) + 92,2 KJ exotérmica 2 NH 3 (g) + 92,2 KJ N 2 (g) + 3 H 2 (g) endotérmica 01) Reação exotérmica é aquela na qual: 1 - há liberação de calor. 2 - há diminuição de energia. 3 – a entalpia dos reagentes é maior que a dos produtos. 4 - a variação de entalpia é negativa. Estão corretos os seguintes complementos: a) somente 1. b) somente 2 e 4. c) somente 1 e 3. d) somente 1 e 4. e) 1, 2, 3 e 4. V V V V 02) Considere o seguinte gráfico: De acordo com o gráfico acima, indique a opção que completa, respectivamente, as lacunas da frase abaixo. "A variação da entalpia é ...................; a reação é ....................... porque se processa ...................... calor” a) positiva, exotérmica, liberando. b) positiva, endotérmica, absorvendo. c) negativa, endotérmica, absorvendo. d) negativa, exotérmica, liberando. e) negativa, exotérmica, absorvendo. A (g) + B (g) 2 AB (g) Entalpia (H) caminho da reação ΔH EXOTÉRMICA NEGATIVA LIBERANDO 03) (UEL-PR) As bolsas térmicas consistem, geralmente, de dois invólucros selados e separados, onde são armazenadas diferentes substâncias químicas. Quando a camada que separa os dois invólucros é rompida, as substâncias neles contidas misturam-se e ocorre o aquecimento ou o resfriamento. A seguir, estão representadas algumas reações químicas que ocorrem após o rompimento da camada que separa os invólucros com seus respectivos ΔH. I. CaO + SiO2 (g) CaSiO3 (s) ΔH = – 89,5 kj/mol II. NH4NO3 (s) + H2O (l) NH4 + (aq) + NO3 – (aq) ΔH = + 25,69 kj/mol III. CaCl2 (s) + H2O (l) Ca 2+ (aq) + 2 Cl – (aq) ΔH = – 82,80 kj/mol Analise as reações e os valores correspondentes de ΔH e indique a alternativa que correlaciona, adequadamente, as reações com as bolsas térmicas quentes ou frias. a) I. fria, II. quente, III. Fria. b) I. quente, II. fria, III. quente. c) I. fria. II. fria, III. fria. d) I. quente, II. quente, III. Fria. e) I. quente, II. quente, III. quente. É a equação química que indica... 2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2O ( l ) ΔH = – 572 KJ (25°C , 1 atm) ... a variação de entalpia da reação. ... os estados físicos das substâncias. ... as condições de temperatura e pressão. EQUAÇÃO TERMOQUÍMICA EQUAÇÃO TERMOQUÍMICA QUE INFLUEM NA ENTALPIA DAS REAÇÕES QUANTIDADES DAS ESPÉCIES QUÍMICAS 1 H2 (g) + 1/2 O2 (g) 1 H2O ( l ) ΔH = – 286 KJ 2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2O ( l ) ΔH = – 572 KJ ESTADO ALOTRÓPICO C(grafite) + O2 (g) CO2(g) ΔH = – 393,1 KJ C(diamante) + O2 (g) CO2(g) ΔH = – 395,0 KJ EQUAÇÃO TERMOQUÍMICA QUE INFLUEM NA ENTALPIA DAS REAÇÕES ESTADO FÍSICO DOS REAGENTES E DOS PRODUTOS H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O ( s ) ∆H = – 293 KJ H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O ( l ) ∆H = – 286 KJ H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O ( v ) ∆H = – 243 KJ H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O ( v ) H2O ( l ) H2O ( s ) ∆H = – 243 KJ ∆H = – 286 KJ ∆H = – 293 KJ GRAFICAMENTE Observações: Se a equação termoquímica em um sentido for endotérmica, no sentido contrário será exotérmica Quando não citamos os valores da pressão e da temperatura é porque correspondem as condições ambientes 01) Considere a reação representada pela equação termoquímica: N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) ΔH = – 22 kcal São feitas as seguintes afirmações: I. A quantidade de energia liberada será maior se o produto obtido for dois mols de NH3 no estado líquido. V II. A decomposição de 6,8g de NH3 gasoso absorve 4,4 kcal. III. A entalpia de formação da amônia é de – 11 kcal/mol. Quaissão corretas? a) apenas I. b) apenas I e II. c) apenas I e III. d) apenas II e III. e) I, II e III. A energia liberada aumenta no sentido: GASOSO, LÍQUIDO e SÓLIDO 2 x 17 g absorve 22 kcal 6,8 g absorve x kcal Então “ x = 4,4 kcal V a formação de 2 mol libera 22 kcal a formação de 1 mol libera 11 kcal V ESTADO PADRÃO DOS ELEMENTOS E DOS COMPOSTOS QUÍMICOS Um elemento químico ou composto se encontra no ESTADO PADRÃO quando se apresenta em seu estado (físico, alotrópico ou cristalino) mais comum e estável, a 25°C e 1 atm de pressão C(grafite) O2(g) CO2(g) H2O ( l ) Quando a substância é SIMPLES e se encontra no estado padrão sua entalpia será igual a ZERO Assim, no estado padrão, terão entalpias iguais a ZERO Carbono grafite Oxigênio Fósforo vermelho Enxofre rômbico Nitrogênio (N2) Prata (Ag) ENTALPIA – PADRÃO DE FORMAÇÃO ... com todas as espécies no estado padrão É a variação de entalpia envolvida ... ... na formação de 1 mol de uma determinada substância ... a partir das substâncias simples correspondentes H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) H 2 O ( l ) ∆H = – 286 kj N 2 (g) + H 2 (g) NH 3 (g) ∆H = – 11 kj 2 1 2 3 Podemos calcular a variação de entalpia de uma reação a partir das entalpias de formação das substâncias que participam da reação pela fórmula: ΔH = H final – H inicial 3 MgO (s) + 2 Al (s) 3 Mg (s) + Al 2 O 3 (s) Entalpias de formação: Al 2 O 3 (s) = – 1670 kj/mol MgO(s) = – 604 kj/mol ΔH = [1 x (– 1670)] – [(3 x (– 604)] ΔH = (– 1670) – (– 1812) ΔH = – 1670 + 1812 ΔH = + 142 kJ 01) Sendo o H de formação do óxido de ferro (II) igual a – 64,04 kcal/mol e o H de formação do óxido de ferro (III) igual a – 196,5 kcal/mol, o H da reação abaixo será: 2 FeO + 1/2 O2 Fe2O3 ΔH = H final – H inicial ΔH = [ 1 x (– 196,5) ] – [2 x (– 64,04)] a) – 68,4 kcal/mol. b) + 68,4 kcal/mol. c) – 132,5 kcal/mol. d) + 132,5 kcal/mol. e) – 260,5 kcal/mol ΔH = (– 196,5) – (– 128,04) ΔH = – 196,5 + 128,04 ΔH = – 68,42 kcal 02) O gás hidrogênio pode ser obtido pela reação abaixo equacionada: A entalpia da reação a 25°C e 1 atm, é igual a: Entalpias de formação em kj/mol, CH4 = – 75; H2O = – 287; CO = – 108. CH4 (g) + H2O (V) CO (g) + 3 H2 (g) a) + 254 kj. b) – 127 kj. c) – 479 kj. d) + 508 kj. e) – 254 kj. ΔH = H final – H inicial ΔH = [1 x (– 108)] – [1 x (– 75 + 1 x (– 287)] ΔH = (– 108) – [– 75 – 287] ΔH = (– 108) – (– 362) ΔH = – 108 + 362 ΔH = 254 kj 03)(UFMA) De acordo com a equação abaixo e os dados fornecidos, C2H2 (g) + 5/2 O2 (g) 2 CO2 (g) + H2O (l) Dados: ΔH = + 226,5 kj/mol (C2H2 (g) ) ΔH = – 393,3 kj/mol (CO2 (g) ) ΔH = – 285,5 kj/mol (H2O (l) ) Indique qual o valor da entalpia-padrão de combustão do acetileno, C2H2, em kj/mol. a) + 1298,6. b) – 1298,6. c) – 905,3. d) + 905,3. e) – 625,8. ΔH = H final – H inicial ΔH = [2 x (– 393,3) + 1 x (– 285,5) – [ (+ 226,5)] ΔH = – 786,6 – 285,5 – 226,5 ΔH = – 1298,6 kj/mol É a energia liberada na combustão completa de 1 mol de uma determinada substância, com todas as substâncias envolvidas na combustão, no estado padrão H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O ( l ) ΔH = – 68 KJ C(grafite) + O2 (g) CO2(g) ΔH = – 393,1 KJ 01) O calor liberado na combustão de um mol de metano é 212 Kcal. Quando 80 g de metano são queimados, a energia liberada é: Dados: C = 12 u.; H = 1 u CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O a) 1060 Kcal. b) 530 Kcal. c) 265 Kcal. d) 140 Kcal. e) 106 Kcal. 1 mol de CH4 212 kcal 80 g de CH4 libera x kcal 16 g de CH4 libera CH4 : 12 + 4 x 1 = 16 g 212 80 x 16 = 16 x x = 212 x 80 x = 16960 16 x = 1060 kcal É a energia envolvida (absorvida) na quebra de 1 mol de determinada ligação química, supondo todas no estado gasoso, a 25°C e 1 atm A quebra de ligações será sempre um processo ENDOTÉRMICO H – H (g) 2 H (g) ΔH = + 435,5 KJ/mol 01) São dadas as seguintes energias de ligação: Ligação Energia (kj/mol) H – Cl H – F Cl – Cl F – F 431,8 563,2 242,6 153,1 Com os dados fornecidos é possível prever que a reação tem variação de entalpia, em kj, da ordem de: 2 HCl (g) + F2 (g) 2 HF (g) + Cl2 (g) Ligação Energia (kj/mol) a) – 584,9, sendo endotérmica. b) – 352,3, sendo exotérmica. c) – 220,9, sendo endotérmica. d) + 220,9, sendo exotérmica. e) + 352,3, sendo endotérmica. 2 H – Cl + F – F 2 H – F + Cl – Cl 2 X 431,8 + 1 X 153,1 863,6 + 153,1 + 1016,7 2 X 563,2 + 1 X 242,6 1126,4 + 242,6 – 1369 ΔH = 1016,7 – 1369 = – 352,3 kj 02) Com base na tabela abaixo, determine a variação de entalpia da reação seguinte: 3 Cl2 + 2 NH3 6 HCl + N2 N – H 93 kcal/mol H – Cl 103 kcal/mol N N 225 kcal/mol Cl – Cl 58 kcal/mol Cl – Cl 3 + 2 N – H H H H – Cl 6 3 x 174 + 558 + N N 58 + 93 6 x + 732 kcal 103 6 x + 225 618 + 225 – 843 kcal ΔH = (+ 732) + (– 843) ΔH = – 111 kcal 03) Na reação representada pela equação abaixo, sabe-se que a energia da ligação C – H é igual a 98,8 kcal/mol. O valor da ligação C = C, em kcal/mol, é: 2 C(g) + 4 H(g) ΔH = + 542 kcal/mol a) 443,2 kcal/mol. b) 146,8 kcal/mol. c) 344,4 kcal/mol. d) 73,4 kcal/mol. e) 293,6 kcal/mol. C2H4(g) C = C – H H H – H 4 x 98,8 = 542 + x x + 395,2 = 542 x = 542 – 395,2 x = + 146,8 kcal 04)(UNI – RIO) O gás cloro (Cl2) amarelo-esverdeado é altamente tóxico. Ao ser inalado, reage com a água existente nos pulmões, formando ácido clorídrico (HCl), um ácido forte, capaz de causar graves lesões internas, conforme a seguinte reação: Cl – Cl + H – O – H H – Cl + H – O – Cl ou Cl2(g) + H2O(g) HCl(g) + HClO(g) Ligação Energia de ligação (kj/mol) Cl – Cl 243 H – O 464 Ligação Energia de ligação (kj/mol) H – Cl 431 C l – O 205 Utilizando os dados constantes na tabela anterior, marque a opção que contém o valor correto da variação de entalpia verificada, em kj/mol. a) + 104. b) + 71. c) + 52. d) – 71. e) – 104. Cl – Cl + H – O – H H – Cl + H – O – Cl 1 x 243 + 2 x 464 243 + 928 + 1171 kj 1 x 431 + 1 x 464 + 1 x 205 431 + 464 + 205 – 1100 kj ΔH = 1171 – 1100 ΔH = + 71 kj/mol C(grafite) + O2 (g) CO2(g) ∆H = – 393,3 kj CO(g) + 1/2 O2 (g) ΔH1 = – 110,3 KJ C(grafite) + O2 (g) CO2(g) caminho direto ΔH2 = – 283,0 KJ Observe que: ΔH1 + ΔH2 = ΔH (– 110,3) + (– 283,0) = – 393,3 KJ Estas observações foram feitas por Germain Henry Hess e, ficou conhecida como LEI DE HESS As reações químicas podem ocorrer em várias etapas, porém, verifica-se que sua variação de entalpia depende apenas dos estados inicial e final da mesma 01) Considere as afirmações abaixo, segundo a lei de Hess. I. O calorde reação depende apenas dos estados inicial e final do processo. II. As equações termoquímicas podem ser somadas como se fossem equações matemáticas. III. Podemos inverter uma equação termoquímica desde que inverta o valor da variação de entalpia. IV. Se o estado final do processo for alcançado por vários caminhos, o valor da variação de entalpia depende dos estados intermediários através dos quais o sistema pode passar. Conclui-se que: a) são verdadeiras as afirmações I e II. b) são verdadeiras as afirmações II e III. c) são verdadeiras as afirmações I, II e III. d) todas são verdadeiras. e) todas são falsas. V V V F 02) (EEM – SP) Ao final do processo de fabricação do ácido sulfúrico (H2SO4), obtém-se uma espécie oleosa e densa conhecida como óleum (H2S2O7), que consiste em ácido sulfúrico saturado com trióxido de enxofre (SO3). A equação global pode ser representada por: S8 (s) + 12 O2 (g) + 8 H2SO4 (l) 8 H2S2O7 (l) As etapas envolvidas no processo são: Calcule o ΔH de reação da obtenção do óleum. I. S8 (s) + 8 O2 (g) 8 SO2 (g) ΔH = – 2375 kj/mol II. SO2 (g) + 1 /2 O2 (g) SO3 (g) ΔH = – 100 kj/mol III. SO3 (g) + H2SO4 (l) H2S2O7 (l) ΔH = – 130 kj/mol S8 (s) + 12 O2 (g) + 8 H2SO4 (l) 8 H2S2O7 (l) Repetimos a equação ( I ): I. S8 (s) + 8 O2 (g) 8 SO2 (g) ΔH = – 2375 kj/mol II. SO2 (g) + 1/2 O2 (g) SO3 (g) ΔH = – 100 kj/mol III. SO3 (g) + H2SO4 (l) H2S2O7 (l) ΔH = – 130 kj/mol S8 (s) + 8 O2 (g) 8 SO2 (g) ΔH = – 2375 kj/mol Multiplicamos a equação ( II ) por “ 8 “ : 8 SO2 (g) + 4 O2 (g) 8 SO3 (g) ΔH = – 800 kj/mol Multiplicamos a equação ( III ) por “ 8 “ : 8 SO3 (g) + 8 H2SO4 (l) 8 H2S2O7 (l) ΔH = – 1040 kj/mol Somamos todas as equações: S8 (s) + 12 O2 (g) + 8 H2SO4 (l) 8 H2S2O7 (l) ΔH = – 4215 kj/mol 03) (Covest – 2000) A partir das entalpias padrão das reações de oxidação do ferro dadas abaixo: Fe(s) + O2(g) FeO(s) 2 Fe(s) + O2(g) Fe2O3(s) ΔH = – 64 kcal ΔH = – 196 kcal 1 2 2 3 Determine a quantidade de calor liberada a 298 K e 1 atm na reação: 2 FeO(s) + O2(g) Fe2O3(s) 1 2 Devemos inverter e multiplicar por “ 2 ” a primeira equação 2 FeO(s) 2 Fe(s) + O2(g) ΔH = + 128 kcal Devemos repetir a segunda equação Somando as duas equações, teremos: 2 Fe(s) + O2(g) Fe2O3(s) ΔH = - 196 kcal 2 3 2 FeO(s) + 1 2 O2(g) Fe2O3(s) ΔH = - 68 kcal 04) A partir das equações termoquímicas: H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O ( l ) ΔH = – 286 KJ H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O ( v ) ΔH = – 242 KJ É possível prever que na transformação de 2,0 mols de água líquida em vapor d’água haverá: a) liberação de 44 kJ. b) absorção de 44 kJ. c) liberação de 88 kJ. d) absorção de 88 kJ. e) liberação de 99 kJ. Como queremos transformar água líquida em vapor d’água, deveremos: inverter a primeira equação: H2O ( l ) H2 (g) + 1/2 O2 (g) ΔH = + 286 KJ repetir a segunda equação: H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O ( v ) ΔH = – 242 KJ somar as duas equações: H2O ( l ) H2O (v) ΔH = + 44 KJ Para 2,0 mols serão ABSORVIDOS “ 88 kj “ 05) Considere as seguintes equações termoquímicas hipotéticas: A + B C D + B C A D ΔH = – 20,5 kcal ΔH = – 25,5 kcal ΔH = ? kcal A variação de entalpia da transformação de A em D será: a) – 5,0 kcal b) + 5,0 kcal c) + 46,0 kcal d) – 46,0 kcal e) – 0,5 kcal A D ΔH = ? kcal A + B C ΔH = – 20,5 kcal C D + B ΔH = + 25,5 kcal A D ΔH = + 5,0 kcal 06) Aplicando a lei de Hess, determine a variação de entalpia da reação abaixo: 3 C(grafite) + 4 H2(g) C3H8(g) Conhecendo-se as seguintes equações termoquímicas: 1) C(grafite) + O2(g) CO2(g) ΔH = – 94,0 kcal 2) H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(l) ΔH = – 68,3 kcal 3) C3H8(g)+ 5 O2(g) 3 CO2(g) + 4 H2O(l) ΔH = – 531,1 kcal 3 C(grafite) + 3 O2(g) 3 CO2(g) ΔH = – 282,0 kcal 4 H2(g) + 2 O2(g) 4 H2O(l) ΔH = – 273,2 kcal 3 CO2(g) + 4 H2O(l) ΔH = + 531,1 kcal C3H8(g)+ 5 O2(g) 3 C(grafite) + 4 H2(g) C3H8(g) ΔH = – 24,10 kcal 07) (Covest-2005) A gasolina, que contém octano como um componente, pode produzir monóxido de carbono, se o fornecimento de ar for restrito. A partir das entalpias padrão de reação para a combustão do octano (1) e do monóxido de carbono (2), obtenha a entalpia padrão de reação, para a combustão incompleta de 1 mol de octano líquido, no ar, que produza monóxido de carbono e água líquida. 2 2 2 2 2 2 2 2C C CC H H8 18O O O OO O - 10.942 kj= = - 566,0 kj g g g g g ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )( ) l l1618 25 + + +(1) (2) 1 C8H18 + 17/2 O2 8 CO + 9 H2O 1 C8H18 + 25/2 O2 8 CO2 + 9 H2O ΔH = – 5471 kj 8 CO2 8 CO + 4 O2 ΔH = + 2264 kj ΔH = – 3207 kj 1 C8H18 + 17/2 O2 8 CO + 9 H2O
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