Lista 7 - Termoquímica

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Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais 
Exercícios de Físico-Química 
Lista 7 - Termoquímica 
Prof. Bruno Rocha Santos Lemos 
 
 
1 - 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 
resfriamento. A seguir estão representadas algumas reações químicas que ocorrem após o 
rompimento da camada que separa os invólucros com seus respectivos ∆H°. 
 
I. CaO(s) + SiO2(s) � CaSiO3(s) ∆H° = - 89,50 kJ/mol 
II. NH4NO3(s) + H2O(l) � NH4+(aq) + NO3-(aq) ∆H° = + 25,69 kJ/mol 
III. CaCl2(s) + H2O(l) � Ca2+(aq) + 2 Cl-(aq) ∆H° = - 82,80 kJ/mol 
 
Analise as reações e os valores correspondentes de ∆H° e correlacione, adequadamente, as 
reações com as bolsas térmicas quentes ou frias. 
 
2 - À temperatura de 25°C, as reações de combustão do etanol e do hexano podem ser 
representadas por estas equações: 
 
C2H5OH(ℓ) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(ℓ) ∆H = –1,4.103 kJ/mol 
C6H14(ℓ) + 19/2 O2(g) → 6 CO2(g) + 7 H2O(ℓ) ∆H = – 4,2 x 103 kJ / mol 
 
Considerando-se essas informações, calcule qual massa de etanol, C2H5OH, é necessária para 
gerar a mesma quantidade de calor liberada na queima de 1 mol de hexano, C6H14. 
 
3 - uma vela é feita de um material com composição C20H42. A reação de combustão desse 
material pode ser representada pela equação química a seguir: 
 
C20H42(s) + 61/2 O2(g) � 20 CO2(g) + 21 H2O(g) ∆H = -13000 kJ 
 
Classifique a reação acima, em exotérmica ou endotérmica, e calcule a quantidade de calor 
envolvida na combustão de 10,0 g dessa vela. 
 
4 - A formação do SO2(l) é um processo exotérmico. O diagrama que representa corretamente 
as energias envolvidas na formação de SO2(l) e SO2(g) é: 
 
 
 
 
 
5 - O diagrama a seguir representa as variações de entalpia para as interconvenções da água 
no estado gasoso, no estado líquido e as suas substâncias formadoras. 
 
 
 
Analisando o diagrama, classifique as alternativas abaixo em VERDADEIRAS ou FALSAS: 
 
a) ∆H de formação de água líquida, a partir de suas substâncias formadoras, é dado por f; 
b) a representa um processo endotérmico; 
c) o valor de d pode ser obtido por (e - a) e corresponde à energia fornecida a H2O(s) para levá-
la a H2O(liq); 
d) a variação de entalpia para a obtenção de água no estado gasoso a partir de suas 
substâncias formadoras é maior que para obtê-la no estado líquido, a partir dos gases 
hidrogênio e oxigênio, uma vez que a quantidade de energia de uma amostra de água no 
estado gasoso é maior que quando essa mesma amostra está no estado líquido; 
e) e é o valor do ∆H de vaporização da água líquida; 
f) e e f são numericamente idênticos, porém, representem processos endotérmico e 
exotérmico, respectivamente. 
 
6 - Considere o seguinte diagrama de entalpia, envolvendo o dióxido de carbono e as 
substâncias elementares diamante, grafita e oxigênio. 
 
Considerando esse diagrama, assinale a afirmação FALSA. 
a) A transformação do diamante em grafita é exotérmica. 
b) A variação de entalpia na combustão de 1 mol de diamante é igual a -394 KJ mol-1. 
c) A variação de entalpia na obtenção de 1 mol de CO2(g), a partir da grafita, é igual a -394 
kJ.mol-1. 
d) A variação de entalpia na obtenção de 1 mol de diamante, a partir da grafita, é igual a 2 
kJ.mol-1. 
 
7 - Na tabela, são dados os valores de entalpia de combustão do benzeno, carbono e hidrogênio. 
 
Substância Calor de combustão 
C6H6(l) - 3268 kJ.mol-1 
C(s) - 394 kJ.mol-1 
H2(g) - 286 kJ.mol-1 
 
Calcule a entalpia de formação do benzeno, em kJ/mol, a partir de seus elementos. 
 
8 - Combustíveis orgânicos liberam CO2, em sua combustão. O aumento da concentração de 
CO2‚ na atmosfera provoca um aumento do efeito estufa, que contribui para o aquecimento do 
planeta. A tabela a seguir informa o valor aproximado da energia liberada na queima de alguns 
combustíveis orgânicos, a 25°C. 
 
 
Combustível Fórmula Energia liberada (kJ.mol-1) 
Etanol C2H5OH 1400 
Metano CH4 900 
Metanol CH3OH 730 
n-octano C8H18 5600 
 
Qual é o combustível que apresenta o maior quociente energia liberada/quantidade de CO2 
produzido? 
 
9 - Com a chegada dos carros com motor Flex, que funcionam tanto com álcool quanto com 
gasolina, é importante comparar o preço do litro de cada um desses combustíveis. Supondo-se 
que a gasolina seja octano puro e o álcool, etanol anidro, as transformações que produzem 
energia podem ser representadas por: 
 
C8H18(l) + 25/2 O2(g) → 8 CO2(g) + 9 H2O(g) + 5100kJ 
C2H5OH(l) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(g) + 1200kJ 
 
Considere que, para o mesmo percurso, idêntica quantidade de energia seja gerada no motor 
Flex, quer se use gasolina, quer se use álcool. Nesse contexto, qual será quociente entre o 
preço do litro de álcool e do litro de gasolina, para que, em termos econômicos, seja indiferente 
usar álcool ou gasolina? 
 
Combustível Massa molar (g/mol) Densidade (g/mL) 
Octano 114 0,7 
Etanol 46 0,8 
 
 
10 - O fósforo branco e o fósforo vermelho são alótropos do elemento 
fósforo. O arranjo estrutural dessas moléculas é tetraédrico, com átomos 
de P em cada vértice. A energia de dissociação do fósforo branco, P4, é 
1260 kJ/mol. Qual é o valor médio, em kJ/mol, previsto para a energia de 
ligação P-P no fósforo branco? 
 
 
 
11 - Baseado na tabela a seguir, contendo valores de entalpias de ligação, em kJ/mol, calcule a 
variação de entalpia que ocorre na combustão completa de 1 mol de butano, em fase gasosa. 
 
Ligação Entalpia de Ligação / kJ.mol-1 
C-H 412 
C-C 348 
C=O 743 
O=O 484 
O-H 463 
 
 
12 - Os valores de energia de ligação entre alguns átomos são fornecidos no quadro a seguir: 
 
Ligação Entalpia de Ligação / kJ.mol-1 
C-H 413 
C=O 804 
O=O 494 
O-H 463 
 
Considerando a reação representada por: CH4(g) + 2 O2(g) � CO2(g) + 2 H2O(v). 
Calcule o valor aproximado do ∆H dessa reação. 
 
 
13 - O carbeto de tungstênio (WC) é usado em brocas de perfuração de poços de petróleo. A 
medição experimental do calor de formação do WC é tarefa difícil devido à alta temperatura em 
que a reação ocorre. Entretanto, o calor de formação do WC pode ser calculado a partir dos 
calores de combustão das substâncias abaixo: 
W(s) + 3/2 O2(g) � WO3(s) ∆H = - 840 kJ/mol 
C(grafite) + O2(g) � CO2 (g) ∆H = - 394 kJ/mol 
WC(s) + 5/2 O2(g) � WO3(s) + CO2(g) ∆H = - 1196 kJ/mol 
 
 
a) Calcule o calor de formação do WC. 
b) A reação de formação do WC é endotérmica ou exotérmica? Justifique. 
 
14 - Dadas as equações termoquímicas a seguir: 
 
CH4(g) + 2 O2(g) � CO2(g) + 2 H2O(g) ∆H = - 820 kJ/mol 
 CH4(g) + CO2(g) � 2 CO(g) + 2 H2 (g) ∆H = + 206 kJ/mol 
 CH4(g) + H2O(g) � CO(g) + 3 H2(g) ∆H = + 247 kJ/mol 
 
 
Calcule a variação de entalpia envolvida na reação abaixo, em kJ/mol de CH4. 
 
2 CH4(g) + 3 O2(g) � 2 CO(g) + 4 H2O(g) ∆H = ? 
 
15 - A respiração celular é um processo vital e ocorre por meio de reações químicas. Um 
exemplo pode ser a conversão da glicose (C6H12O6) em ácido pirúvico (C3H4O3), por meio da 
reação: 
C6H12O6(s) + O2(g) → 2 C3H4O3(s) + 2 H2O(l) 
 
Considere as reações a 25°C e 1 atm: 
 
C6H12O6(s) + 6 O2(g) → 6 CO2(g) + 6 H2O(l) ∆H = - 2808 kJ/mol 
C3H4O3(s) + 5/2 O2(g) → 3 CO2(g) + 2 H2O(l) ∆H = - 1158 kJ/mol 
 
Calcule a energia envolvida na formação do ácido pirúvico a partir de 1 mol de glicose. 
 
16 - O zinco metálico é obtido em indústriametalúrgica a partir do óxido de zinco, um minério 
deste metal, conforme a reação representada pela equação a seguir: 
 
ZnO(s) + C(s) � CO(g) + Zn(s) 
 
Analise as figuras a seguir, que fornecem dados para a obtenção de zinco metálico. 
 
 
 
Com base nos dados fornecidos, calcule o ∆H da reação de obtenção de Zn (s), em kJ/mol. 
 
 
 
 
 
17 - A reação de síntese da amônia, processo industrial de grande relevância para a indústria 
de fertilizantes e de explosivos, é representada pela equação: 
 
N2(g) + 3 H2(g) � 2 NH3(g) ∆H = - 90 kJ/mol 
 
Ligação Entalpia de Ligação / kJ.mol-1 
H-H 435 
N-H 390 
 
A partir dos dados fornecidos, calcule qual o valor da entalpia de ligação contida na molécula 
de N2. 
 
18 - O gás hilariante (N2O) tem características anestésicas e age sobre o sistema nervoso 
central, fazendo com que as pessoas riam de forma histérica. Sua obtenção é feita a partir de 
decomposição térmica do nitrato de amônio (NH4NO3), de acordo com a seguinte reação: 
 
NH4NO3(s) � N2O(g) + 2 H2O(l) 
 
As entalpias de formação das substâncias N2O, H2O e NH4NO3 são respectivamente: +19,5 
Kcal/mol, -57,8 Kcal/mol e -87,3 Kcal/mol. Calcule a variação de entalpia (∆H), em Kcal, para a 
reação de decomposição do nitrato de amônio. 
 
19 - 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 x 109 kJ/hora de energia elétrica. 
Considere que a energia térmica liberada na combustão do metano é completamente 
convertida em energia elétrica. Nesse caso, qual a massa aproximada de CO2 é lançada na 
atmosfera por hora? 
 
20 - Recentemente, um grupo de pesquisadores anunciou um processo para produzir 
hidrogênio a partir da reação, catalisada por platina, de açúcares com água. 
 
a) Escreva a equação balanceada da reação da sacarose, C12H22O11(s), com água líquida em 
que são produzidos, além do hidrogênio H2(g), dióxido de carbono, CO2(g), e metano, CH4(g). 
Suponha que, a partir de 1 mol de sacarose, se produza 1 mol do metano. 
 
b) Observe este quadro: 
 
 
Considerando os valores de ∆Hf de formação a 25 °C dados nesse quadro, calcule a variação 
de entalpia da reação (∆H), indicada na letra a) desta questão. 
 
Respostas: 
 
1 - I. quente, II. Fria, III. quente. 
2 - 138 g 
3 - Exotérmica; 461 kJ 
4 - a) 
5 - VVFVFV 
6 - b) 
7 - +46 kJ.mol-1 
8 - Metano 
9 - 2/3 
10 - 210 kJ.mol-1 
 
 
11 - ∆H = - 2264 kJ/mol 
12 - ∆H = - 820 kJ/mol 
13 - a) - 38 kJ/mol; b) Exotérmica, pois ∆H < 0 
14 - ∆H = -584 kJ/mol 
15 - ∆H = -492 kJ/mol 
16 - ∆H = +243 kJ/mol 
17 - 945 kJ/mol 
18 - ∆H = -8,8 kcal/mol 
19 - 132 toneladas/hora 
20 - a) --- b) ∆H = +959 kJ/mol 
 
Substância C12H22O11(s) CH4(g) H2(g) CO2(g) H2O(l) 
∆Hf / (kJ/mol) - 2222 - 75 0 - 394 -286