Lista comentada Termoquímica

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Termoquímica
1. O metabolismo é uma quebra gradativa do alimento que ingerimos com a finalidade de prover a energia para crescimento e função. Uma equação geral para esse processo complexo representa a degradação da glicose (C6H12O6) a CO2 e H2O: 
 C6H12O6(s) +6O2(g) 6CO2(g) + 6H2O(l) 
Calcule a entalpia padrão de reação a 298 K.
Dados: fH CO2 = -393,5 KJ/mol
 fH H2O = -241,8 KJ/mol
 fH C6H12O6 = -1274,5 KJ/mol
Resolução:
Para resolver essa questão utiliza-se a expressão: H=Hfprodutos -Hfreagentes
Substituindo os valores na fórmula:
H= 6x(-393,5 KJ/mol) + 6x(-285,8 KJ/mol)-(-1274,5 KJ/mol) = -2801,3 KJ/mol
OBS.: Lembrando que para elementos em suas fórmulas alotrópicas mais estáveis (O2) a fH = 0
2. A formação do gás propano(C3H8) ocorre segundo a reação abaixo: 
3C(grafite) + 4 H2(g) → C3H8(g)
Sabendo que a variação de entalpia (ΔH) depende apenas dos estados inicial e final de uma reação, analise as equações químicas (I, II e III) e calcule o valor da variação de entalpia do processo.
I) C3H8(g) + 5 O2(g) → 3 CO2(g) + 4 H2O(l) ΔHº = –2.220 kJ
II) C(grafite) + O2(g) → CO2(g) ΔHº = –394 kJ
III) H2(g) + ½ O2(g) → H2O(l) ΔHº = –286 kJ
Resolução:
Para resolver essa questão, é necessário utilizar a LEI DE HESS, isso, pois a questão fornece o ΔH de algumas reações.
3C(grafite) + 4 H2(g) → C3H8(g)
Na Equação II o carbono grafite encontra-se na mesma posição (reagente) da reação principal. Só que na principal temos 3 mols de carbono grafite, isto indica que temos que manter e multiplicar a equação II por três, incluindo o ΔH.
O gás hidrogênio encontra-se na 3º equação e na mesma posição (reagente) da reação principal. Só que na principal temos 4 mols de gás hidrogênio, isto indica que temos que manter e multiplicar a equação III por quatro, incluindo o ΔH.
Na Equação I o gás propano (C3H8) está na posição de reagente e na principal o gás propano é produto. Portanto temos que inverter a reação, incluindo o sinal do ΔH.
Assim teremos:
A Equação II – manter (X3): 3 C(grafite) + 3O2(g) → 3CO2(g) ΔHº = 3x (–394 kJ) = -1.182KJ
A Equação III – manter (X4): 4 H2(g) + 2 O2(g) → 4H2O(l) ΔHº = 4x ( –286 kJ) = -1.144 KJ)
A Equação I – Inverter:  3 CO2(g) + 4 H2O(l)  → C3H8(g) + 5 O2(g) ΔHº = +2.220 kJ
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3C(grafite) + 4 H2(g) → C3H8(g)
ΔH° = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3 ΔH = - 1182 + ( - 1144 ) + 2220 ΔHº = –106 kJ
3. Calcule a entalpia molar-padrão de formação do acetileno (C2H2) a partir de seus elementos: 
2C(grafite) + H2(g) C2H2(g)
As equações para combustão e as variações de entalpia correspondentes são: 
(1) C(grafite) +O2(g) CO2(g) ΔrH°= - 393,5kJ/mol 
(2) H2(g) + 1/2O2(g) H2O(l) ΔrH°= - 285,8 kJ/mol 
(3) 2C2H2(g) + 5O2(g) 4CO2(g) +2H2O(l) ΔrH°= - 2598,8 kJ/mol 
Resolução:
Para obter uma equação com C e H2 como reagentes e C2H2 como produto precisamos eliminar O2, CO2 e H2O das equações 1, 2 e 3. A Equação 3 contém 5 mols de O2, 4 mols de CO2 e 2 mols de H2O. Primeiro é preciso reverter a equação 3 para obter C2H2 no lado dos produtos.
Equação (3) 4 CO2 + 2H2O (l) 2C2H2 + 5O2 Hr = 2598,8 kJ/mol
Na próxima etapa é necessário multiplicar a Equação 1 por 4 e a Equação 2 por 2 
(1) 4C(grafite) +4O2(g) 4CO2(g) ΔrH°= -1582kJ/mol 
(2) 2H2(g) + O2(g) H2O(l) ΔrH°= - 571,6 kJ/mol 
(3) 4 CO2 + 2H2O (l) 2C2H2 + 5O2 rH° = +2598,8 kJ/mol
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4C (grafite) + 2H2(g) 2C2H2(g) rH° = +453,2 kJ/mol ou 2C (grafite) + H2(g) C2H2(g) rH° = +226,6 kJ/mol
4. . São dadas as seguintes energias de ligação em kJ/mol de ligação formada:
H ─ Cℓ = - 431,8; H ─ F = - 563,2 KJ
Cℓ ─ Cℓ = - 242,6; F ─ F = - 153,1 KJ
Calcule o ∆H de reação, em kJ da reação a seguir:
 
 2 HCℓ(g) + 1 F2(g) → 2 HF(g) + 1 Cℓ(g)
Resolução:
Para calcular o ∆H de reação, utiliza-se a expressão: 
H = H lig.rompidas + H lig.formadas
Foi fornecido valores de entalpia de formação, logo a entalpia da ruptura da ligação será o mesmo valor com o sinal trocado. Substituindo os valores n expressão têm-se:
H= 2 x(431,8) + (153,1) + 2x(-563,2) + (-242,6)
H = -352,3 KJ/mol
5. Um biodigestor consiste de um tanque, protegido do contato com o ar atmosférico, onde a matéria orgânica de efluentes, principalmente fezes animais e humanas, é metabolizada por bactérias. Um dos subprodutos obtidos nesse processo é o gás metano, que pode ser utilizado na obtenção de energia em queimadores. A parte sólida e líquida que sobra é transformada em fertilizante. Dessa forma, faz-se o devido tratamento dos efluentes e ainda se obtêm subprodutos com valor agregado. Sabe-se que a entalpia molar de combustão do metano é de -803 kJ/mol; que a entalpia molar de formação desse mesmo gás é de -75 kJ/mol; que a entalpia molar de formação do CO2 é de -394 kJ/mol. A partir dessas informações, calcule a entalpia molar de formação da água nessas mesmas condições.
Resolução:
A equação química de combustão do metano:
CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(l) rH = -803 KJ
-75KJ 0 -394KJ 2X
Temos:
 
rH=Hfprodutos -Hfreagentes
Substituindo os valores têm-se: 
-803 KJ= (-394 +2x) –(+75 KJ + 0) X= -242KJ, logo H°fH2O = -242 KJ/mol 
OBS.: Lembrando que para elementos em suas fórmulas alotrópicas mais estáveis (O2) a fH = 0