Quimica-A08

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Instituto Universal Brasileiro Educação de Jovens e Adultos a Distância BRASILEIRO Curso a distância de: SUPLETIVO PREPARATÓRIO ENSINO MÉDIO SérieENSINO MÉDIO QUÍMICA SÉRIE AULA 8 LEI DE HESS Lei de Hess (1840): Também denominada "lei da Constância da Adição dos Calores", pode ser enunciada: "A variação de calor resultante numa reação química é sempre a mesma, quer a reação se efetue em uma ou mais etapas." Essa lei é a aplicação do Princípio da Conservação da Energia às reações químicas (esse princípio foi visto em Física). Outro enunciado da Lei de Hess: "A quantidade total de calor que se liberta ou é absorvida por um sistema depende apenas dos estados inicial e final do mesmo, independente dos estados intermediários que porventura possam ocorrer." Assim, como exemplo, imaginemos a reação de carvão com oxigênio (combustão do carvão). Temos: AH = 94 kcal/mo Bem, imaginemos que queimamos, inicialmente, carvão a uma temperatura acima de 900°C, com pouco oxigênio, obtendo CO. Teremos: + CO(g) AH = 26,4 Kcal/mol Em seguida, o monóxido de carbono é queimado, resultando Temos: CO(g) + CO2 (g) AH Agora, se somarmos as duas reações, teremos: 1 C(s) + 1 + Ora, como a reação final é a soma das duas reações, a entalpia da reação final será também igual à soma das entalpias das duas reações em questão. A primeira é - 26,4 e a segunda, - 67,6; a soma resulta em 26,4 (-67,6) = 94,0 kcal/mol, que é o AH da reação de combustão de carvão, formando Veja que o AH da reação de combustão de carvão, formando é o mesmo, quer ele seja medido diretamente, na reação, quer seja obtido pela soma de outros AH de reações convenientes. (Note-se que o AH da reação requerida depende apenas dos estados inicial e final, isto é, independe do estado intermediário, nesse caso a formação de CO.) Por meio dessa lei, podemos somar os AH das reações para calcu- lar o AH de uma dada reação requisitada e que seja difícil de efetuar; essa é a sua grande vantagem. É preciso lembrar-se ainda de que, aplicando o Princípio da Conservação da Energia numa dada reação, se esta ocorresse ao contrário, a quan- tidade de calor envolvida seria a mesma, porém com sinal oposto. Assim, na combustão de carvão com formação de podemos escrever (teoricamente) a reação inversa:CO2(g) AH = + 94,0 kcal/mol A entalpia é a mesma, porém com sinal oposto. Isto é bastante evidente e já havia sido observado por Lavoisier e Laplace, em 1780. Equivale a multiplicar todos os componentes de uma equação por - 1 e, portanto, a equação não se altera. Veja alguns exemplos de inversão de sinal de AH: AH = 70,9 kcal/mol. SO2(g) ; AH = 70,9 kcal/mol. e, também: + AH = - 11,2 kcal : AH = 11,2 kcal EXERCÍCIOS PARA VOCÊ ESTUDAR 1. Sabendo que: = a) o AH de combustão de metano CH4 é igual a 210 Kcal/mol; b) que o AH de formação da água é igual a 68 Kcal/mol; c) Formação de CO2: c) que o AH de formação de é igual a - 96 Kcal/mol, calcular o AH de formação de metano. C(s) + O2(g) CO2(g) = - 96 Kcal/mol Agora temos que somar as três equações, de modo a Resolução: obter a equação de formação do metano. Assim, colo- Primeiramente, devemos escrever a equação Termoquí- cando nossa atenção sobre a equação: mica referente à questão do problema. Temos a forma- ção do metano, isto é, como sabemos, a formação de 1 mol do mesmo a partir de seus elementos constituintes: temos que encontrar os componentes dessa equação CH4(g) AH = X Kcal/mol (C, H2 e CH4) nas três equações dadas. Assim, na primeira equação dada, notamos a presença de CH4, Nota-se que não sabemos se o AH é positivo ou negati- mas no primeiro membro; temos que colocá-lo no vo, daí escrevermos + X. Este exercício mostra, com segundo membro, pois na equação de formação de CH4, bastante ênfase, a utilidade da Lei de Hess. Este calor este se encontra no segundo membro. Assim, a equação de formação de metano não é fácil medir diretamente, de combustão de CH4 será invertida: pois, se reagirmos carvão com hidrogênio, (C + 2 H2), obteremos, além de CH4, uma série de compostos, como AH1 = 210 Kcal/mol veremos na Química Orgânica. Portanto, a partir de outras reações, podemos obter o AH Note-se que o fica positivo. procurado. Agora, devemos escrever as reações dadas Com relação à segunda equação, esta possui hidrogênio no problema: da reação pedida, no primeiro membro. Portanto, não precisamos invertê-la; apenas vemos que a reação pedi- a) Combustão do metano: da (formação de CH4) possui 2 H2 e a segunda equação possui 1 Assim, esta segunda equação deve ser mul- + 210 Kcal/mol tiplicada por 2. Temos: b) Formação da água: + = -136 KcalNote-se que, assim fazendo, a entalpia foi multiplicada e, portanto, a água encontra-se no estado de vapor. por 2. É claro, pois tínhamos antes 68 Kcal por mol de água formado; agora, temos 2 moles de água e, portan- Observação: Todo composto orgânico, quando entra em to, temos o dobro da entalpia. Se multiplicássemos a combustão, forma: dióxido de carbono correspondente ao equação por 3, teríamos que multiplicar a entalpia por 3. carbono de sua fórmula; água correspondente aos A terceira equação possui carbono no primeiro membro, hidrogênio e oxigênio de sua fórmula. Portanto, a sa- como a equação requerida; não precisamos carose (açúcar comum), na combustão, forma CO2 e nem multiplicar por algum número, pois o carbono se encontra com o mesmo n° de at-g que na equação + O2 CO2 + requerida. Portanto, essa terceira equação será assim considerada: Agora, acertamos os coeficientes: 12 de carbono no segundo membro e 11 de água (22 de hidrogênio): ; AH3 = 96 Kcal/mol + 12 + 11 Portanto, somando convenientemente as três equações, temos que encontrar a equação pedida: Com isso, ficamos com 12 de para ser colocado no primeiro membro: AH1 = + 210 C12 O11 + 12 12 = - 136 Bem, o problema fornece três equações: AH3 = -96 a) Formação da sacarose (a partir de seus elementos): CH4(g) ; Vemos, portanto, que: AH1 = - 526 kcal/mol X Kcal/mol = AH1 + + X = 210 + (- 136) + (-96) = 210 - 136 96 = - 22 Kcal/mol b) Formação de CO2: A entalpia de formação de metano é igual a - 22 Kcal/mol. CO2(g) ; = 96 Kcal/mol Observe-se que o AH da reação depende apenas dos estados inicial e final, independentemente dos estados c) Formação de vapor de água: intermediários. ; AH = 57,8 kcal/mol 2. Calcular o AH de combustão da sacarose, C12 sabendo que o AH de formação da mesma é - 526 Kcal/mol; De acordo com a equação pedida (combustão da sa- AH de formação de é - 96 Kcal/mol; o AH de for- carose) a primeira das três equações fornecidas apre- mação de água (vapor) é - 57,8 Kcal/mol. senta-se com sacarose no segundo membro, devendo estar no primeiro membro; portanto, a primeira das três Resolução: equações deve ser invertida. Fica: Temos que escrever a equação correspondente à per- gunta do problema: combustão da sacarose. + 12 AH1 = 526 kcal /mol AH A segunda equação deve ser escrita como está, pois apre- senta oxigênio no primeiro membro e CO2 no segundo; Como o problema nada especifica quanto à temperatura mas, como a equação pedida apresenta 12 temos da reação, essa combustão é considerada acima de 100°C que multiplicar a segunda equação fornecida por 12.Assim, a) Combustão de propano: 12 CO2(g) kcal C3 + 5 O2 3 É claro que o AH é multiplicado por 12, também. NOTA: Em toda combustão total de compostos forma- A terceira equação deve ser escrita como se encontra, dos de carbono e hidrogênio, o carbono transforma-se pois possui no segundo membro, como a equação em e o hidrogênio em H2 pedida; porém, devemos multiplicar essa terceira equação por 11, pois a equação pedida possui 11 moles b) Formação de gás carbônico: de no segundo membro. Temos, C + ; AH = 96 Kcal/mol 11 11 ; = - 57,8 X 11 Kcal c) Formação de água: É evidente que o AH é multiplicado por 11. AH 68 Kcal/mol ; = - Somando as três equações, ficamos com: + Note-se que o enunciado do problema não menciona se as duas últimas reações são exotérmicas ou não. = 526 kcal Porém, como se trata de reações de combustão, as mesmas são exotérmicas; daí, AHNa equação de formação de propano, temos hidrogênio :2 2H2 2 AH = - 136,6 Kcal no primeiro membro (4 moles). Temos que multiplicar a equação de formação da água por 4. AH 68,3 = - Kcal 4 ; AH = Kcal Este valor de AH refere-se a 2 mols como quere- Finalmente, a equação de combustão de C3 H8 precisa mos saber de 1 mol, dividimos a reação por 2. ser invertida, pois C3 está no primeiro membro e, na equação pedida, ele aparece no segundo membro. 5. Sejam as equações abaixo, e conhecidas as respecti- Temos: vas entalpias-padrão (ou calor de formação). C(s) C(g) AH = + 171 Kcal 3 + 4 H8 + ; AH = 600 Kcal/mol AH 140 Kcal (x2) = + Agora, somando as três equações, pela Lei de Hess III. C(g) + AH = + 395 Kcal inverter temos a equação de formação do propano: calor liberado, em Kcal, na formação de um mol de AH = - 288 Kcal. CH4(g) é: 4 H2 ; AH = - 272 Kcal. 3 + C3 + AH = 600 Kcal. a) (X) 16 b) ( 120 H2 ; AH = X kcal/mol c) ( ) 160 X = - 288 + + 600 d) ( ) 26 X = - 288 - 272 + 600 = 40 Resolução: Como queremos a reação de formação do calor de formação de C3 vem a ser AH = 40 CH4(g) ele deverá aparecer como produto, para isso, Kcal/mol, sendo uma reação endotérmica. devemos inverter a reação III e para eliminarmos o hidrogênio (H) necessitamos multiplicar a reação por 2. 4. Dadas as reações: Então teremos: - AH AH = + 171 Kcal 4-Hg AH = + 208 Kcal + 202(a) + AH = - 212,8 Kcal AH = - 395 Kcal - C(s) + O2(g) CO2(g) AH = - 96,7 Kcal CH4(g) AH = - 16 Kcal Inverter a reação para obtermos a reação desejada. 6. Dadas as reações: calor de combustão, a 25°C e 1 atm, da reação I. C (grafite) + O2(g) CO2(g) AH = 94,0 Kcal H2O será: AH = + 68,4 Kcal inverter a) ( ) 330,0 Kcal b) ( ) 136,6 Kcal a reação pois o deve aparecer como produto. c) (X) 68,3 Kcal d) ( ) 58,5 Kcal Calcule a variação de entalpia de reação: Resolução: C + 3 (g) + (f) AH = - 20,5 Kcal e assinale a opção correta: AH = - 212,8 Kcal a) ( ) - 25,8 e a reação é endotérmica Kcal b) (X) - 162,4 e reação é exotérmica c) ( ) + 162,4 e a reação é endotérmica + + d) ( ) + 25,8 e reação é exotérmicaResolução: Invertemos a reação II para a formação da AH = - 80Kcal inverter a reação para eliminarmos água componentes desnecessários. C (grafite) AH = - 94,0 Kcal II. C (s) + AH = + 2 Kcal AH = - 68,4 Kcal Calcula-se que a combustão de 1 mol de carbono pro- duzindo o correspondente monóxido, deve liberar; apro- C (g) + H2O (9) ximadamente; AH = - 162,4 Kcal a) ( ) 26 Kcal b) ( ) 78 Kcal AH 0 (reação exotérmica) c) ( ) 82 Kcal d) (X) 27 Kcal 7. Considere os seguintes processos: Resolução: Invertendo a reação I para resolvermos o I. C Kcal problema. II. (g) + (g) 2 AH + 43,2 Kcal III. NH4 CI (s) + água + AH = - 4,0 Kcal + AH + 80 Kcal IV. + (g) AH = + 68,3 Kcal 3 (s) + 3 CO (g) São reações endotérmicas: Kcal a) b) ( ) e III 2 3 AH = + 82 Kcal c) (X) e IV d) ( ) I, II e III Comentário: AH quando a reação der como Encontramos AH = 82 para a formação de 3 moles de valor de AH um n° positivo, indicando que o H1 (produtos) CO, para sabermos o valor de AH para 1 mol, aplicamos é maior do que (reagentes), teremos sempre uma uma regra de três simples: reação endotérmica. 82 Kcal 3 moles 82 8. A partir das seguintes equações termoquímicas: X 1 mol I. (s) + 3 Cl2 (g) Kcal EXERCÍCIOS PARA VOCÊ RESOLVER 1. Calcule o AH, a 25°C e 1 atm da reação: 2. Calcule a entalpia da reação a 25°C e 1 atm: H2O (g) CH4 (g) São dadas as equações: São dadas as equações: a) (g) + (g) Kcal/mol a) C (g) AH = + 168,9 Kcal b) H2 (g) + Kcal/mol b) 2 (g) AH = + 104,2 Kcal c) 57,8 - Kcal/mol (g) CH4 (g) AH = - 395,2 Kcal3. Calcule o AH a 25°C e 1 atm da reação: AH de formação do = + 12 kcal/mol AH de formação do (g) = - 94,1 kcal/mol 3 AH de formação do = - 68,3 kcal/mol Observação: AH do é zero pois é uma substância Dadas as entalpias de formação em kcal/mol das simples na sua forma alotrópica mais estável. seguintes substâncias: CO (g) = 26,4, (s) = 196,5; (g) 94,1 5. Calcule o AH do processo: Fe = Por ser uma substância simples na sua forma alotrópica mais estável possui entalpia zero. C6 H12 (s) + 6 (g) 6 (g) + 6 sabendo que: Observação: Este exercício deve ser resolvido através AH de formação: da variação de entalpia entre produtos e reagentes da - do C6 H12 (s) = - 301,4 kcal/mol; equação - problema, ou seja: - do (g) = - 94,1 kcal/mol; - do = 68,3 kcal/mol; AH = AH (produtos) - AH (reagentes) 6. Calcule o AH do processo: 4. Calcule o AH do processo: C6 2 NO (g) + 2 (g), sabendo que: 6 (g) + (g) AH = + 43,2 kcal sabendo que: (g) + 2 (g) 2 AH = + 16,2 kcal CHAVE DE RESPOSTAS 1. Calcule o AH, a 25°C e 1, atm da reação: 2. Calcule a entalpia da reação a 25° e 1 atm: N2H4 + 2 H2 (g) + 4 (g) CH4 (g) São dadas as equações: a) (g) + 2 H2 (g) (g) AH = + 12 Kcal São dadas as equações: b) H2 (g) + (g) AH = 46 Kcal AH = + 168,9 Kcal c) H2 (g) AH = - 57,8 Kcal AH = + 104,2 Kcal CH4 (g) AH = - 395,2 Kcal Resposta: Reação: H4 (g) + 2 (g) + (g) Resposta: Reação: C(grafite) + CH4 (g) a) invertido AH = 12 Kcal AH = + 4 = 2 (+104,2) Kcal b) invertido c) CH4 AH = 395,2 Kcal e duplicado 2 AH = 2(+ 46) Kcal CH4 (g) AH = + (208,4) - 395,2 c) multiplicado = (-57,8) Kcal (g) + 2 (g) AH = + + (-231,2) Comentário: Ao resolver exercícios semelhantes a es- tes é muito importante você observar, com bastante AH = 151,2 Kcal atenção, a reação da qual deseja-se calcular a entalpia.Verificar todos os seus compostos e as quantidades dos mesmos, para montar convenientemente a sequência de reações que ao somar ou compostos irá formar AH = + a reação que devemos calcular a entalpia. 3. Calcule o AH a 25°C e 1 atm da reação: (g) + 2 Fe (s) Comentário: Na resolução deste problema também devemos multiplicar a entalpia de cada substância pela Dadas as entalpias de formação em kcal/mol das quantidade de substância na reação, pois o calor de for- seguintes substâncias: mação é sempre dado para um mol do composto. CO (g) = - 26,4; Fe2 (s) = - 196,5; (g) = - 94,1 5. Calcule o AH do processo: Fe = Por ser uma substância simples na sua forma alo- trópica mais estável possui entalpia zero. C6 H12 O6 (s) 6 sabendo que: Observação: Este exercício deve ser resolvido através da variação de entalpia entre produtos e reagentes da AH de formação: equação - problema, ou seja: - do C6 H12 O6 (s) = - 301,4 kcal/mol; AH = AH (produtos) - (reagentes) - do (g) = - 94,1 kcal/mol; - do = - 68,3 kcal/mol; Resposta: Reação: 3 CO (g) + (s) - (s) Resposta: = AH = 3 ) AH = - 288,3 - -79,2 196,5 AH = = AH = - 288,3 - AH AH 6,6 Kcal Comentário: Este método de resolução é bem mais sim- ples, mas só pode ser feito se o enunciado do problema 6. Calcule o AH do processo: fornecer o calor de formação de cada composto. 2 NO (g) 2 (g), sabendo que: 4. Calcule o AH do processo: (g) + (g) (g) AH = + 43,2kcal 2 AH = + 16,2kcal Resposta: Sabendo que: AH de formação do = + 12 kcal/mol 2 NO (g) AH AH de formação do (g) = - 94,1 kcal/mol (g) + AH = + 16,2 AH de formação do = - 68,3 kcal/mol 2 NO (g) A + 16,2 Observação: AH do é zero pois é uma substância simples na sua forma alotrópica mais estável. AH Comentário: Nesta sequência de reações onde invertemos Resposta: a primeira e, portanto, trocamos o sinal da entalpia da reação, verifique que foi necessário simplificar somente 1 Reação: + 3 (f) mol de oxigênio para obtermos a reação dada no problema.