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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE LABORATÓRIO DE CIÊNCIAS QUÍMICAS – LCQUI – DISCIPLINA: QUÍMICA GERAL II - QUI01203 PERÍODO:2008/2 - PROF. SERGIO LUIS CARDOSO 4ª LISTA DE EXERCÍCIOS – ENERGIA DE LIGAÇÃO, CALORÍMETROS, ENTALPIA, LEI DE HESS, ESTADOS PADRÕES 1) A entalpia H é uma função de estado, porém o calor trocado q, não é. Explique. 2) Dado um processo a pressão constante, ∆H é negativa. O processo é endotérmico ou exotérmico? 3) A combustão completa do metanol, CH3OH (l) formando H2O (l) e CO2 (g), a pressão constante, libera 726,7 kJ de calor por mol de metanol. Escreva a equação termoquímica equilibrada da reação. Desenhe o diagrama de entalpia da reação. 4) Dada a equação termoquímica da combustão do etano gasoso: C2H6 (g) + 7/2 O2 (g) 2 CO2 (g) + 3H2O (g) ∆H = -1430 kJ a) Esta reação é endotérmica ou exotérmica? b) Qual é a variação de entalpia da reação inversa? c)Equilibre a equação direta com coeficientes inteiros d)Qual a variação de entalpia DH da reação obtida no item c e) O que é mais provável ser termodinâmicamente favorecida, a reação direta ou a reação inversa? f) Se na reação fosse produzida H2O (l) ao invés de vapor d'água H2O (g), o valor de ∆H seria maior, menor ou não se alteraria? Explique 5) Uma mistura de hidrogênio e oxigênio gasosos é inflamada em um cilindro contendo um pistão. Em consequência da reação, o sistema perde 1150 J de calor para as vizinhanças. A reação também provoca a elevação do pistão quando os gases quentes se expandem. Estes gases efetuam 480 J de trabalho para deslocar o pistão contra a força da pressão atmosférica. Qual a variação de energia interna do sistema? 6) Que quantidade de calor se desprende na combustão, a pressão constante, de 4,50 g de metano gasoso? CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (g) ∆H = -802 kJ 7) O peróxido de hidrogênio decompõem-se em água e oxigênio conforme a reação: 2H2O2 (l) 2H2O (l) + O2 (g) + ∆H = -196 kJ Calcular o calor desprendido q quando houver a decomposição de 5,00 g de H2O2 (l) a pressão constante? 8) Quando se misturam 50 mL de HCl 1,0 mol/L a 50 mL de NaOH 1,0 mol/L num calorímetro improvisado, a temperatura da solução resultante se eleva de 21,0 0C até 27,5 0C. Calcular a variação de entalpia na reação admitindo que a perda térmica do calorímetro seja desprezível, que o volume total da solução seja 100 mL,que a densidade da solução seja 1,0 g/mL e que o calor específico seja 4,18 J/g.K 9) Quando se misturam, num calorímetro a pressão constante, 50,0 mL de AgNO3 0,100 mol/L com 50,0 mL de HCl 0,100 mol/L, a temperatura da mistura se eleva de 22,30 0C até 23,11 0C. A elevação de temperatura é provocada pela reação: AgNO3 (aq) + HCl (aq) AgCl (s) + HNO3 (aq) Calcular a variação de entalpia ∆H desta reação admitindo que a massa da solução da mistura seja 100,0 g, e que seu calor específico seja 4,18 J/g.0C. 10) A hidrazina, N2H4, e seus derivados, são usados amplamente nos combustíveis de foguetes. A combustão de hidrazina ocorre de acordo com a reação: N2H4 (l) + O2 (g) N2 (g) + 2H2O (g) Quando se queima 1,00 g de hidrazina numa bomba calorimétrica, a temperatura do calorímetro se eleva de 3,51 0C. Se a capacidade calorífica do calorímetro for 5,510 kJ/C, qual a quantidade de calor desprendido? Qual o calor da reação de combustão de 1 mol de hidrazina? 11) Quando se dissolve 6,50 g de hidróxido de sódio em 100,0 g de água, em um calorímetro a pressão constante, a temperatura se eleva de 21,6 0C para 37,5 0C. Calcular ∆H (em kJ/mol de NaOH) para o processo: NaOH (s) Na+ (aq) + OH- (aq) 12) Qual a relação entre a Lei de Hess e o fato de a entalpia H ser uma função de estado? 13) O carbono pode ocorrer nas formas grafite e diamante. A entalpia de combustão da grafite é -393,5 kJ/mol e a do diamante é -395,4 kJ/mol conforme abaixo: C (grafite) + O2 (g) CO2 (g) ∆H = -393,5 kJ C (diamante) + O2 (g) CO2 (g) ∆H = -395,4 kJ Calcular a variação ∆H da conversão de C (grafite) em C (diamante). 14) Calcular ∆H para a reação NO (g) + O (g) NO2 (g) dadas as seguintes informações: NO (g) + O3 (g) NO2 (g) + O2 (g) ∆H = -198,9 kJ O3 (g) 3/2 O2 (g) ∆H = -142,3 kJ O2 (g) 2 O g) ∆H = 495,0 kJ 15)Calcular a variação da entalpia-padrão da combustão de 1 mol de benzeno, C6H6 (l) a CO2 (g) e H2O (l). Comparar a quantidade de calor desprendida na combustão de 1,00 g de propano (C3H8) com a quantidade desprendida na combustão de 1 g de benzeno. Dicas: não esqueça de balancear as equações referentes as reações de combustão! Utilize uma tabela com valores- padrão termodinâmicos. 16) Dada a entalpia-padrão da seguinte reação, use as entalpias padrão de formação de uma tabela termodinâmica para calcular a entalpia padrão de formação do CuO (s). CuO (s) + H2 (g) Cu (s) + H2O (l) ∆H0 = -130,6 kJ 17)Uma porção de 28 g de cereal para lanches, servida com 120 mL de leite desnatado, proporciona 8 g de proteínas, 26 g de carboidratos e 2 g de gordura. Com os poderes caloríficos médios destes nutrientes (usar tabela disponível na página do curso), estimar a energia contida nesta porção de alimentos. Se uma pessoa de peso médio consome cerca de 62,5 Cal/Km durante uma corrida, quantas porções de cereal com leite correspondem as exigências energéticas de uma corrida de 5 Km? Obs: O valor energético dos alimentos é, em geral expresso, na forma de calor de combustão de carboidratos (como C6H12O6), gorduras (lipídios) e proteínas, correspondendo aos valores seguintes: carboidratos = 17,0 kJ/grama gorduras = 38,0 kJ/grama proteínas = 17,0 kJ/grama 18) A gasolina é constituída essencialmente por hidrocarbonetos, dos quais muitos possuem 8 átomos de carbono chamados de octanos. Um dos octanos que tem a combustão mais limpa é o 2,3,4-trimetilpentano (C8H18). A combustão completa de um mol deste composto, a CO2 (g) e H2O (g), tem ∆H0 = -5069 kJ. a) Escreva a equação equilibrada da combustão de 1 mol de C8H18 (l). b) Escreva a equação equilibrada da formação de C8H18 (l) a partir de seus elementos. c) Calcular ∆H0f do 2,3,4-trimetilpentano. 19) Uma amostra de 0,100 mol de propano, um dos constituintes do GLP, foi colocada em uma bomba calorimétrica com excesso de O2 e inflamada, segundo a equação: C3H8 (g) + 5 O2(g) 3 CO2( g) + 4 H2O(l) A temperatura inicial do calorímetro era de 25,000 oC e sua capacidade calorífica era 97 kJ/o C. A reação aumentou a temperatura para 27,282o C. a) Quantos joules foram liberados pela queima do propano? b) Qual a variação de energia interna, em kJ/mol, para o C3H8? 20) Costuma-se considerar que a necessidade energética diária para uma pessoa de 50 kg seja de, aproximadamente, 2.000 kcal. Supondo que essa energia seja obtida unicamente pela queima de glicose, no metabolismo, calcule a massa de glicose a ser ingerida, por dia, sabendo que o valor energético desse alimento é de 17 kJ/grama. Obs.: 1 kcal = 4,18 kJ 21) Sabe-se que o Poder Calorífico de um combustível é a quantidade de energia (em calorias ou Joules) liberada por unidade de massa queimada (grama, quilograma ou tonelada). Consultando tabelas de entalpias de combustão, calcule o Poder Calorífico, em calorias/grama, para os seguintes combustíveis: a) Hidrogênio b) Etanol c) Metanol d) Glicose e) C (grafite) 22) De forma simplificada a reação de fotossíntese pode ser assim representada: 6 CO2( g) + 6 H2O (v) C6H12O6(s) + 6 O2(g)Sabendo que as entalpias de formação do CO2, H2O e glicose valem, respectivamente, - 94,0 , - 58,0 e - 242,0 kcal/mol, qual a entalpia da reação de fotossíntese? 23) Tanto gás natural como óleo diesel são utilizados como combustíveis em transportes urbanos. A combustão completa do gás natural e do óleo diesel liberam, respectivamente, 9,0 x 102 kJ e 9,0 x 103 kJ por mol de hidrocarboneto. A queima desses combustíveis contribui para o efeito estufa, pela produção de CO2 . Sabendo que esses dois combustíveis correspondem a CH4 e C14H30, para igual energia liberada, quantas vezes a contribuição do óleo diesel é maior do que o metano? 24) Faça a análise da combustão de uma molécula de metano CH4 (g). Qual o valor da energia, em J, produzida nesta reação? Um fóton de Raio-X típico tem a energia de 8 keV. Compare a energia de combustão à energia deste Raio-X 25) Calcule a quantidade de calor que deve ser retirada de 9 g de água líquida para fazer um cubo de gelo. Considere ∆H de fusão da água = 6,01 kJ/mol. 26) Utilizando a tabela de energias de ligação disponibilizada na página do curso, estime o calor liberado pela queima de um mol de metano (CH4) em função das entalpias necessárias para romper e formar as ligações envolvidas no processo. 27) A reação abaixo representa a variação de energia envolvida na obtenção do alumínio a partir da bauxita: Al2O3 (s) 2Al (s) + 3/2 O2 (g) ∆H = 1657,7 kJ/mol Calcule a energia necessária para fabricar 6 latas de refrigerantes, cuja massa é de 13,5 g cada. Expresse o resultado em kWh e considere a eficiência do processo seja de 70%.. Dicas: A produção de alumínio é uma transformação endotérmica e baseada na ação da eletricidade sobre o Al2O3 fundido (PF = 2015 0C). Massa atômica do alumínio = 27 g/mol. 1 kWh = 3,6 x 103 kJ. 28) A energia mínima necessária para viver é definida como requerimento metabólico básico (RMB). Uma pessoa em estado de coma precisa, para sobreviver, de seu RMB, o qual é administrado por via intravenosa. As atividades diárias de todas as pessoas exige energia, INCLUSIVE PENSAR! A quantidade de energia necessária para cada pessoa depende da idade, do sexo, da estatura e do tipo de atividade que realiza. A quantidade de energia que uma pessoa precisa para viver a cada hora é conhecida como Requerimento energético básico (REB). O REB é calculado pelo pelo produto RMB x A onde A é a área corporal (em m2) estimada (A = 0,202 x peso0,425 x altura0,725). Jorjão é aluno do curso de engenharia da UENF de 18 anos, 1,80 m e 82 Kg. Sabendo-se que para uma pessoa do sexo masculino de 18 anos o RMB é igual a 170 kJ/m2h: a) Calcule e energia diária necessária para que Jorjão mantenha-se vivo apenas dormindo (considere que o consumo metabólico para viver apenas dormindo é de 0 kJ/h. b) Calcule a energia diária necessária para o caso em que Jorjão realize as seguintes atividades durante o dia: 8 horas estudando sentado (200 kJ/h) 1 hora andando devagar (500 kJ/h) 4 horas sentado assistindo TV (130 kJ/h) 30 minutos jogando futebol (2100 kJ) 2 horas comendo e se vestindo (150 kJ/h) 1 hora tomando banho! (145 kJ/h) 7 horas e 30 minutos dormindo (0 kJ/h) PS – Os valores das atividades acima estão definidos para uma pessoa de 70 kg e 1,70 m de altura (A = 1,8 m2) Calcule o fator de correção (Ajorjão/A) e aplique no valor total da energia encontrada. 29) O calor de formação do etileno, C2H4, é + 51,9 kJ/mol. A estrutura da molécula é: Utlizando a tabela termodinâmica e o valor da energia da ligação C-H igual a 415 kJ/mol, calcule a energia da ligação C=C . Compare o valor obtido com o valor fornecido na tabela de energias de ligação. 30) Utilize as energias médias de ligação (conforme tabela fornecida na pagina do curso) para calcular o calor padrão de formação de propano (C3H8 (g)) em kJ/mol. Compare o valor calculado com o valor constante na tabela termodinâmica (disponível na página do curso). UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE LABORATÓRIO DE CIÊNCIAS QUÍMICAS – LCQUI – DISCIPLINA: QUÍMICA GERAL II - QUI01203 PERÍODO:2008/2 - PROF. SERGIO LUIS CARDOSO
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