Prévia do material em texto
1 LISTA DE QUÍMICA Lista Termoquímica (2013) TERMOQUÍMICA 1. Medidas de Calor ou Entalpia (H). Caloria (cal) 1 Kcal = 1000 cal Joule (J) 1 Kj = 1000J 2. Reação Endotérmica: Absorve Calor A + B + Calor C + D (H > 0) 2NH3(g) + 22 Kcal N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) N2(g) + 3H2(g) H = +22 Kcal 3. Reação Exotérmica: Libera Calor A + B C + D + calor (H < 0) Cgraf + O2(g) CO2(g) + 94Kcal Cgraf + O2(g) CO2(g) H = -94 Kcal 4. Calor envolvido durante uma mudança de estado SÓLIDO LÍQUIDO GASOSO 5. Diagrama de energia (Entalpia): Representação gráfica de uma reação química ou mudança de estado. EXERCÍCIO (UNICAMP) A equação termoquímica abaixo indica a reação que ocorre quando a gordura típica, trioleato de gliceril, é metabolizada pelo organismo: C57H104O6(s) + 80 O2(g) 57 CO2(g) + 52H2O(l) H = -8,00 x 10 3 kcal Quando um grama desta gordura é metabolizado, quanto calor é liberado? 6. Interpretação de uma equação Termoquímica. C + O2 CO2 HΔ = -94Kcal 1 mol 1 mol 1 mol libera 94 Kcal 12g 32g 44g libera 94Kcal EXERCÍCIO: Considere o diagrama: H < 0 (EXO) PRODUTO REAGENTE H H > 0 (ENDO) PRODUTO REAGENTE H ENDO EXO ENDO EXO H2(g) + 1/2 O2 -58 H2O(g) H2O(s) -10 H2O() Kcal –69,7 E N T A L P IA Prof.: Edmundo 2 LISTA DE QUÍMICA Lista Termoquímica (2013) 7. Tipos de Entalpia ou Calor da reação. a) Entalpia ou calor de Formação foH : é a entalpia envolvida na formação de um mol da substância a partir dos seus elementos na forma mais estável (mais comum da natureza) a 25 O C e 1 atm (estado padrão). Kcal94HCOOC f o )g(2)g(2grafite A entalpia da formação das substâncias simples na forma mais estável é igual a zero. A forma mais estável é a menos energética. NOTA: O H de uma reação pode ser calculado a partir das entalpias de formação: reagentes o produtos o HHH EXERCÍCIO Um dos sistemas propelentes usados em foguetes é uma mistura de hidrazina (N2H4), como combustível e peróxido de hidrogênio (H2O2), como comburente. Esses reagentes são chamados hipergólicos, isto é, eles iniciam a reação pelo simples contato. A reação que ocorre é: N2H4( ) + 2H2O2( ) N2(g) + 4H2O(g) Os reagentes são misturados, a 25 o C, na relação molar indicada na equação. Qual é a quantidade aproximada de calor, em Kcal, liberada na reação de 8,0 gramas de hidrazina com peróxido suficiente? DADOS: variações de entalpias de formação: N2H4( ) = + 12 Kcal/mol; H2O2( ) = -46 Kcal/mol e H2O(g) = -57,8 kcal/mol b) Calor de Combustão: Calor envolvido na queima de um mol de substância no estado padrão. KcalHOHCOOCH ggg 21222 )(2)(2)(2)(4 EXERCÍCIO Calcular o calor de combustão da glicose a partir das entalpias de formação: )(2 )g(2 )s(6126 OH CO OHC Kcal68=HΔ Kcal94=HΔ Kcal304=HΔ o f o f o f a) )(2)g(2)g(2)s(6126 OH6+CO6O6+OHC → b) Determinar o conteúdo energético por grama de glicose. c) Energia de Ligação: energia necessária para romper 1 mol de ligação no estado gasoso. 0HA2A )g()g(2 Durante uma reação são quebradas ligações dos reagentes com absorção de energia e formadas ligações dos produtos com liberação de energia, o saldo energético correspondente ao H . EXERCÍCIO (FUVEST-SP) Calcule a energia envolvida na reação: )g()g(2)g(2)g( HCI2+ICI+HI2 → Expresse o resultado em Kcal/mol de HI(g). Indique se a reação é exotérmica ou endotérmica. Dados: Tipo de ligação Energia de ligação (Kcal/mol) H — C 103 H — I 71 C — C 58 I — I 36 3 LISTA DE QUÍMICA Lista Termoquímica (2013) 9. Lei de Hess: O H de uma reação não depende do caminho da reação, desde que sejam os mesmos reagentes e produtos nas mesmas condições de P e T. A lei de Hess permite o cálculo da entalpia de uma reação a partir das entalpias de outras reações. A + B C H1 C + D E H2 A + B + D E H = H1 + H2 Kcal94HCOOC Kcal27HCOO 2 1CO Kcal67HCOO 2 1C 2)g(2graf 2)g(2)g( )g(2)g(2graf T E S T E S 01. Ligação Energia de ligação (Kcal/mol) H — H 104 O = O 118 H — O 109 Considere os valores da tabela, determine a energia envolvida na formação de um mol de água. 02. (UFBA-ESPECÍFICA) Considerem-se as equações termoquímicas: I. kJHOHOH ofgg 0,286-→ 2 1 )(2)(2)(2 II. kJHHNOOHON ofg 0,77-2→ )(3)(2)(52 III. kJHHNOHON ofggg 0,174-→ 2 1 2 3 2 1 )(3)(2)(2)(2 1) Com base nessas informações, determine: a) a entalpia padrão, oH , para a reação: 2N2(g) + 5O2(g) 2N2O5(g); b) a entalpia padrão de formação, o fH , do N2O5(g). 2) Enuncie o princípio teórico que fundamenta a resposta do item 1a. 3) Defina entalpia padrão de formação de uma substância. 03. Uma montadora internacional lançou no mercado um veículo equipado com oito cilindros, movido a hidrogênio, mostrado pela primeira vez na América do Sul, no Rio de Janeiro, em setembro de 2002. Esse veículo libera, para a atmosfera, apenas água, de acordo com as equações termoquímicas: H2g + 2 1 O2g H2O() H o s = -286,4kJ H2g + 2 1 O2g H2O(g) H o = -242,9kJ 4 LISTA DE QUÍMICA Lista Termoquímica (2013) A partir dessas equações, determine a variação de entalpia envolvida na transformação de 3,0mol de água líquida em água gasosa, nas condições padrão. 04. A oxidação de 1g de gordura num organismo humano libera 9300 calorias. Se o nosso corpo possui 5300g de sangue, quanto de gordura deve ser metabolizado para fornecer o calor necessário para elevar a temperatura do sangue da temperatura ambiente (25 o C) até a temperatura do nosso corpo (37 o C)? (Calor específico do sangue = calor específico da água). 05. I. molKJHOHCOOOHHC gg /1365323 )(2)(2)(2)(52 II. molKJHOHCOOOHC ggs /2813666 )(2)(2)(2)(6126 Para que uma máquina funcione e o corpo humano consiga realizar suas atividades, é necessário o uso de uma fonte de energia. Os processos de combustão de etanol, utilizado como combustível de veículos e de glicose, usada no metabolismo da respiração, representados, respectivamente, pelas equações termoquímicas I e II, estão voltados para o aproveitamento de energia. Considerando essas informações, determine a substância que tem o maior poder calorífero, kJ/g e justifique sua resposta. 6. A equação química abaixorepresenta a reação da produção industrial de gás hidrogênio. 2 2sg g gH O C CO H Na determinação da variação de entalpia dessa reação química, são consideradas as seguintes equações termoquímicas, a 25 C e 1atm : 0 22 g 2 g g 0 s 2 g 2 g 0 2 g g 2 g 1 H O H O H 242,0 kJ 2 C O CO H 393,5 kJ O 2CO 2CO H 477,0 kJ Δ Δ Δ Calcule a energia, em quilojoules, necessária para a produção de 1kg de gás hidrogênio e nomeie o agente redutor desse processo industrial. 7. A tabela, a seguir, mostra as entalpias padrão de formação o fHΔ a 25°C. Substância Fórmula kJ mol o fHΔ Metanol 3CH OH −238,6 Etanol 2 5C H OH −277,7 Gás carbônico 2 gCO −393,5 Água 2 vH O −241,8 O metanol já foi usado como combustível na fórmula Indy, com o inconveniente de produzir chama incolor e ser muito tóxico. Atualmente, utiliza-se etanol, proveniente da fermentação do caldo na cana-de-açúcar, o mesmo utilizado em automóveis no Brasil. a) Compare a quantidade de energia liberada (kJ) pela combustão de 1,00g de metanol com a produzida por 1,00g de etanol. Justifique sua resposta. 5 LISTA DE QUÍMICA Lista Termoquímica (2013) b) Se um automóvel da fórmula Indy gastar 5 litros de etanol (d=0,80g/mL) por volta em um determinado circuito, calcule a energia liberada (kJ) pelo seu motor em cada volta. 8. Os processos metabólicos que ocorrem em diferentes partes do organismo permitem a obtenção da energia necessária às funções vitais. A energia química liberada nesses processos pode ser dissipada na forma de calor ou armazenada para que o organismo possa usá-la quando necessário. Na oxidação total (aeróbica) de 1 mol de glicose 6 12 6C H O são liberados 700 kcal, formando dióxido de carbono e água. O processo de oxidação parcial (anaeróbica) ocorre nas leveduras, e a glicose é convertida em etanol e dióxido de carbono, liberando 30 kcal. Ante o exposto, a) escreva as equações químicas balanceadas relacionadas aos dois processos de oxidação da glicose; b) calcule a energia relacionada à combustão de 2 mols de etanol. 9. Os alimentos liberam energia química após sua digestão e metabolização no organismo. No quadro a seguir, está indicada a quantidade de energia, em quilocalorias (kcal), liberada no metabolismo de um (1) grama de alguns alimentos. gorduras proteínas carboidratos álcoois cereais Energia / kcal 9 4 4 7 4 a) Considerando-se que a carne possui apenas proteínas e gorduras, calcule a quantidade de energia liberada pelo organismo ao consumir um pedaço de carne de 50 g que contém 20% em massa de gordura. b) Uma lata de cerveja de 350 mL apresenta um teor alcoólico de 4% em volume. Considerando a densidade do álcool igual a 0,80 g mL -1 , calcule a energia liberada no metabolismo de um indivíduo pelo consumo dessa quantidade de cerveja. 10. O hidrogênio é uma matéria-prima gasosa importante nas indústrias químicas e de petróleo. Um dos processos utilizados industrialmente para a sua obtenção é a eletrólise de água alcalinizada, que fornece hidrogênio de elevada pureza, podendo ser representado pela decomposição da água líquida, conforme a equação a seguir, cuja variação de entalpia corresponde a +571,6kJ, a 25 ° C e 1atm. 2H2O(ℓ) 2H2(g) + O2(g) Sabendo-se que o calor de vaporização para a água, H2O(ℓ) H2O(g), é +44kJ/mol, a 25 ° C e 1atm, calcule, em kJ/mol, o valor da variação de entalpia para a produção de gás hidrogênio a partir da decomposição de água no estado gasoso, à mesma temperatura e à mesma pressão. Divida o valor calculado por 10 e despreze a parte fracionária de seu resultado, caso exista.