Química inorgânica-hidrogenio questoes

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UESC – Universidade Estadual de Santa Cruz
DCET – Departamento de Ciências Exatas e Tecnológicas
EQUIPE – 
DISCIPLINA – Química Inorgânica Descritiva
Lista de Hidrogênio
Qual a origem do nome hidrogênio? 
Lavoisier atribuiu este nome hidrogênio pelo fato de que ele existia na formação da molécula de água.
Hidro: água 
Gene: formador 
Qual a abundância do hidrogênio na crosta terrestre? 
A quantidade de hidrogênio na atmosfera terrestre é muito pequena pois o campo gravitacional da terra é pequeno demais para reter um elemento tão leve, ainda assim o hidrogênio é o décimo elemento mais abundante na costra terrestre compõe (0,152%) da massa da costra terrestre. 
Faça um quadro comparativo das propriedades do hidrogênio, deutério e trítio.
 
	Propriedades 
	 H2
	 P2
	 T2
	Massa do átomo
 
	1,0078 (uma) 
	2,0141 (uma) 
	3,0160 (uma)
	Ponto de fusão 
	-2,59.0c°
	-254.3c°
	-252,4c°
	Ponto de ebulição 
	252,6c°
	-249.3 c° 
	-248,0 c°
	Comprimento de ligação 
	0,7414 A° 
	0,7414 A° 
	0,7414 A°
	Calor de dissociação 
	435,9 Kj mol
	443, 4 Kj mol
	446,9 Kj mol
	 Calor latente de fusão 
	O,117 Kj mol
	0,197 Kj mol
	O,250 Kj mol
	Calor latente de vapor 
	0,904 Kj mol 
	1, 226 Kj mol
	1, 393 kj mol
Pesquise e defina: 
Efeito isotópico cinético: 
O efeito isotópico na cinética de reações químicas é medido através da variação 
Da velocidade reacional em um sistema químico, quando um dos reagentes que está diretamente envolvido na etapa determinante da reação tem um de seus átomos substituídos por um de seus isótopos. Tal variação na reacional é relacionada na ideia de que a massa de um átomo implica diretamente na frequência vibratório da ligação química da qual faz parte. Os átomos mais pesados levam desde um ponto de vista clássico a menores frequências vibracionais, o visto de acordo com conceitos da mecânica quântica, a uma menor energia da ponte zero sendo assim energia é necessária para que a ligação seja rompida. 
Efeito isotópico primário e secundário. 
Efeitos isotópicos primários podem ser observados quando uma reação envolve a quebra ou a formação da ligação de um átomo que foi substituído por seu isótopo.
Efeito isotópico secundário pode ser observado em reações cujos estados de transição do passo limitado envolvem uma mudança de hibridização no carbono substituindo por deutério. 
Analise as propriedades mostradas na Tabela 1 e explique por que: 
Hidrogênio é transportado na forma de gás. 
Devido ao seu baixo ponto de fusão e ebulição. Possui uma densidade muito 
Baixa, sua energia de vaporização e calor de dissociação altos.
Vazamento de hidrogênio é extremamente perigoso.
O hidrogênio é atualmente inflamável. Célula de combustível de hidrogênio é rápido para acender e queimar rapidamente. Se o combustível de hidrogênio por exposto a um oxidante, tal como o oxigênio pode resultar em uma combustão.
A maioria das reações do hidrogênio molecular são lentas à temperatura ambiente.
Em condições normais, o hidrogênio não é muito reativo. A baixa reatividade se deve a cinética e não a termodinâmica da reação. E está relacionada com a força de ligação H-H. Uma etapa essencial durante a reação do H2 com outros elementos é a quebra da ligação H-H, formando átomos de hidrogênio. Isso requer 435,9 Kj mol -: por tanto há uma elevada energia de ativação para essas reações. Em consequência muitas reações são lentas, ou requerem elevadas temperaturas ou catalizadores. 
Escreva a equação para a reação de decomposição acima citada. 
 H2 (g) ----> 2H (g)
Discuta por que o hidrogênio atômico é bem mais reativo que o hidrogênio molecular. Quais os processos de ativação da molécula de hidrogênio? 
O hidrogênio atômico possui apenas um próton no seu núcleo e um único elétron. É um elemento de grande instabilidade inconsequentemente muito reativo. O hidrogênio atômico estabilizar com dois elétrons na camada de valência. Já o hidrogênio molecular possui uma forte ligação 
H-H que exigir uma alta energia de ativação para as reações, que resulta em uma baixa reatividade. Alguns dos processos de ativação da molécula de hidrogênio é a utilização de catalisadores e a utilização de altas temperaturas. 
Represente as reações de obtenção do hidrogênio em laboratório. 
O método comum de preparação do hidrogênio em um laboratório é a reação de ácidos diluídos com metais, ou de um álcali com alumínio.
Zn + H2 S04 Zn So4 + H2 
2 Al + Na Oh + 6 H2O 2Na [ Al (OH)4 ] + 3 H2
O hidrogênio pode ser preparado pela de hidretos salinos (iônicos) com água. 
Li H + H20 Li OH + H2
Discuta com seu grupo porque, no Brasil, a indústria, não produz hidrogênio a partir da reação do zinco com HCL. Analise sob o ponto de vista da matéria prima. 
Por que as indústrias procuram processos que sejam de baixos custos. As indústrias utilizam processo de eletrolise com solução aquosa para obter grandes quantidades H2 puro. O zinco é utilizado em laboratório para a obtenção de hidrogênio. 
Escreva a equação para a reação global da eletrólise de solução concentrada de cloreto de sódio. 
2 Na Cl - + 2 H2O 2 Na + + 2 OH- + H2 + Cl 2
 
(Qual é a fonte natural de onde se extrai o hidrogênio nesse processo?
Neste processo o hidrogênio é extraído do auto ionização da água.
 2H2O 2H+ + 20H
Que produtos de interesse comercial são obtidos, junto com o hidrogênio, na eletrólise da salmoura? 
É produzido o hidróxido de sódio (soda caustica) e o gás cloro.
 
Escreva a equação da reação global da eletrólise do hidróxido de potássio. 
K O H K + (aq) + OH – ( aq) 
Catodo: 2 H2 O (l) + 2 c- H2 (g) + 2OH- (aq) 
Anodo: 2 OH – (aq) H2O (l) + ½ O2 (g) <---- c-
Reação global: H2o (l) H2 (g) + ½ O2 (g) 
Observamos que a água sofreu decomposição e que o KOH apenas aumentou a condutividade elétrica da solução.
14. Em qual composto se transforma o enxofre contido na nafta? Escreva a reação deste composto com óxido de zinco. 15. O óxido de zinco ata como catalisador neste processo? Por que? 
Organosulfarado
R- SH + H2 R – H + H2S
H2S + ZnO ZnS + H2O 
15. O oxido de zinco atua como catalisador nesse processo? Porque? 
 Não por que ele é consumido.
16. Escreva a equação da nafta dessulfurizada reagindo com o vapor de água. 
 CnH2N+2 + Nh2O (g) n Co + (2n+1) H2 
17. Quais contaminantes precisam ser eliminados do fluxo gasoso do reator de reforma? Por que? 
CO2, Co e CH4.devido ao fato do hidrogênio ser o produto desejado, todo os outros gases produzidos devem ser eliminados por meio de um processo químico ou físico.
18. Escreva a equação correspondente a essa reação do monóxido de carbono com vapor de água para produzir mais hidrogênio.
 C0 (g) + H2O (g) ------> CO2 (g) H2 (g) 
19. Agora, qual é a impureza presente em maior quantidade? 
 CH4 16g ---------- 100% Co 28 ---------- 100% Co2 44---------100%
 x------------3% x=-------------0,2% x--------- 0,2%
 x= 16.3 /100 x= 28.02/100 x= 44.03/100
 x= 0,48g x=0,056g x=0,132g
 O metano é a impureza em maior quantidade. 
20. Escreva as equações para as reações de metanação do CO e do CO2. 
 C0 (g) +3 H2O (g) CH4 (g) + H2O (g) 
 C02 (g) + H2 (g) CO (g) + H2O (g) 
21. Qual é a fonte natural do hidrogênio produzido no processo de reforma catalítica da nafta? 
 Petróleo 
22. Reveja todas as etapas da reforma catalítica da nafta para obtenção de hidrogênio, discuta com seu grupo e prepare um breve resumo do processo. 
→ Nafta é a reação liquida do petróleo, entre a gasolina e o querosene. 
→. É o processo mais econômico paraa produção direta e contínua do H2.
→ O corre em 5 etapas: 
Pré-tratamento da carga: dessulfurização da nafta e remoção do cloro.
Reação da nafta dessulfurizada com vapor d´água.
Redução do conteúdo monóxido de carbono.
 Remoção de Co2 
Metanação de Co e Co2 residuais. 
Dessulfurização da nafta:
→. Os contaminantes sulfurados da nafta devem ser eliminados para que os catalizadores, utiliza nas etapas subsequentes na sejam envenenados.
 →. A dessulfurização é feita por hidrodessulfurização, onde usa-se um catalizador heterogêneo a base de Co – mo para realizar a hidrodessulfurização (HDS) na qual forma-se, principalmente, gás sulfúrico. Este reage, depois, com oxido de zinco. 
→. A remoção de cloro também é muito importante.
→. O Íon cloreto tem alta mobilidade e pode causar corrosão e desativação de catalizadores de reforma. 
Reação da nafta dessulfurizada com vapor d´água (reforma a vapor).
→. A nafta dessulfurizada reage com vapor d´água produzindo numa primeira etapa, monóxido de carbono e hidrogênio.
→. O catalizador neste processo é oxido de níquel.
→. Esta etapa ocorre num reator chamado reator de reforma.
→. Os gases que saem deste reator são:
 H2, Co2, Co, CH4 
→. Os gases contaminantes devem ser removidos Co2, Co, CH4.
Redução do conteúdo de monóxido de carbono.
→. O segundo reator, reator de conversão, a reação principal é a do monóxido de carbono com vapor de água para produzir maior hidrogênio.
→. Para remover Co usa-se óxidos de cobre e de ferro como catalizadores.
 Está etapa é dividia em 2: 
1°). Com óxido de ferro 
2°). Com óxido de cobre 
 O Cuo é mais eficiente que o F e O, porém é menos resistente a altas temperaturas. 
Remoção de dióxido de carbono 
→. O Co2 é removido por lavagem da misturar gasosa, em contra-fluxo etalonamina, sob pressão.
→. Apesar da grande redução do conteúdo de Co, a concentração desse gás ainda é alta.
→. Precisa reduzir muito essa concentração, o que não se consegue por meio da reação do Co com água. 
Metanação dos óxidos de carbono residuais.
 
→. A concentração de Co não deve ultrapassar 20 mg/kg.
→. A remoção desse gás residual é feita com hidrogênio na chamada reação de metanação. O dióxido de carbono presente também sofre essa reação. 
 
23. Qual é a configuração eletrônica do íon formado quando:
 
a) o átomo de hidrogênio ganha um elétron? 
H- = 1 s2 
b) o átomo de hidrogênio perde um elétron? 
 
H + = 1 s 
24. Represente a reação de solvatação do próton. 
 H2O = H+ + OH- 
 H2O + H+ = H3O
 2 H2O = H3O (aq) + OH- (aq) 
 25. Podemos dizer que existem 3 classes de compostos de hidrogênio binários: os compostos moleculares, hidretos salinos e hidretos metálicos. Faça um resumo das tendências das propriedades físicas e químicas de cada classe.
Hidretos Salinos: são sólidos, apresentam altos pontos de fusão e ebulição, densidade maior que a do metal de origem, altos calores de formação, são agentes sedutores fortes, são estequiométricos.
Hidretos metálicos: são duros, apresentam brilhos metálico, conduzem corrente elétrica e apresenta propriedades magnéticas, são menos densos que os metais de origem, não são estequiométricos, podem ser usados como catalisadores.
Hidretos covalentes: são voláteis, apresentam baixo ponto de fusão e ebulição, não conduzem corrente elétricas. 
 26. Use os dados de eletronegatividade da sua TP para orientar os dipolos nas espécies:
i) HCl; ii) H2O; iii) LiH; iv) CaH2.
27. Discuta a estabilidade termodinâmica dos compostos de hidrogênio dos elementos dos blocos s e p. 
Os compostos dos elementos dos blocos s e p apresentam energias de formação de Gibbis – padrão com uma variação regular na instabilidade. Com exceção do BeH2. Todos os hidretos do bloco s são exergônicos (∆ f G ° < 0) e deste modo termodinamicamente estáveis com respeito a seus elementos a temperatura ambiente. A tendência é irregular no grupo 13, onde somente AlH3 é exergônico. Descendo no bloco p, os compostos de hidrogênio dos primeiros membros do grupo ( CH4, NH3, H2O e Hf) são exergônicos, mas os compostos de H tornam-se progressivamente menos estáveis quando descem no grupo. Isso é devido as forças de ligação elemento- hidrogênio decrescerem, ligações fracas nos elementos mais pesados,
28. Cite os três métodos de síntese de compostos binários de hidrogênio. Dê exemplos para cada método. 
 
Combinação direta dos elementos
2E + H2(g) 2 EH
Protonação de uma base de Bronsted:
E- + H2O (aq) EH + OH-
Metátese (dupla troca) de um haleto ou pseudo-haleto com um hidreto:
E+ H-+ EX E+X- + EX
 
29. Pesquise as propriedades físicas e químicas dos compostos com hidretos covalentes ricos em elétrons: 
a) Amônia: NH3: É piramidal possui ângulo de ligação de 106,6°, ponto de ebulição é de aproximadamente – 30 °C, energia de formação de Gibbs-padrão a 25°C é – 16,3 (g).
 b) Fosfina: PH3: É piramidal possui ângulo de ligação de93,8°C ponto de ebulição é de aproximado – 80°C, e a energia de formação de Gibbs-padrão a 25°C é 13,4 (g).
30. Discuta por que as ligações de hidrogênio são tão fortes em substancias tais como a água. E qual sua influência nas propriedades destas substancias 
O hidrogênio tem uma eletronegatividade muito baixa, ou seja, ele não conseguir contrair os elétrons de elementos diferentes. A ligação de hidrogênio só ocorre quando o hidrogênio está ligado diretamente ao flúor, oxigênio ou ao nitrogênio, sendo esses elementos bastantes eletronegativos e que tem uma alta capacidade de atrair o elétron do hidrogênio para perto de si.
As ligações de hidrogênio são fortes em substancias tais como agua, por que dois átomos de hidrogênio estão ligados diretamente como átomo de oxigênio. Sua influência é fazer com que o elemento ligado ao hidrogênio atraia seus elétrons, deixando ele com a carga parcial positiva. 
31. Escolha uma das aplicações do hidrogênio (a – g), pesquise e faça um resumo para apresentação em sala de aula. 
O processo Haber-Bosch da síntese da amônia utiliza uma combinação direta do nitrogênio do ar com hidrogênio sob pressões elevadas e altas temperaturas, sendo geralmente temperaturas de 380 – 480 °C e a pressão de 200 atm, utilizando catalizadores de fero onde permite que a reação seja realizada a uma baixa temperatura e assim favoreça o produto, obtendo a amônia essa reação é reversível.
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ∆ G298k= - 33,4 KJ mol-1 .
A amônia é obtida em forma de gás ao se misturar o N2 e H2 no reator, para toma-la liquida é necessário que ela passe por um condensador e assim se converta em amônia liquefeita podendo ser utilizada. Esse processo nos dias atuais é extremamente importante para indústria na obtenção de amônia e também é o método mais econômico de fixar nitrogênio, a amônia produzida é muito utilizada na agricultura que é uma área importante para a economia. 
 32. Pesquise o que é a economia do hidrogênio e cite os principais processos envolvidos. Explique o funcionamento de uma célula a combustível. 
 
 É uma proposta de economia baseada no uso do hidrogênio como uma fonte de energia, ou seja, ser utilizados em células de combustíveis. 
 O hidrogênio gasoso penetra através da estrutura porosa do ânodo, dissolve-se no eletrólito e reage nos cílios ativos nas superfícies do eletrodo, liberando elétrons e formando prótons (H+). Os elétrons liberados na oxidação do hidrogênio chegam ao cátodo por meio de circuito externo e participam da reação de redução do oxigênio. Os prótons formados no ânodo são transportados ao cátodo, onde reagem formando o produto da reação global da célula combustível água.
 H2 + ½ O2 ----- > H2O
 
 
33. O diagrama abaixo mostra as principais reações com o hidrogênio. Descreva as principais características de cada uma dela.
N2 + 3H2 2NH3 
Grandes quantidades de H2 são utilizados na produçãoindustrial da amônia. A reação é reversível e a formação de NH3 é fornecida por pressões elevadas, pela presença de catalisador (Fe) e por baixas temperaturas.
2H2 + O2 ----> 2H2 O
O hidrogênio queima ao ar ou mesmo atmosfera de oxigênio formando agua e liberando uma quantidade de energia.
 Exemplo: maçarico oxigênio – hidrogênio – 300°C.
Deve-se tomar cuidado com esses gases pois misturar H2 e O2 em proporções diferentes 2: 1 ocorre o risco de explosão 
H2 + F2 ------> 2HF
O hidrogênio reage com os halogênios. A reação com flúor é violenta, mesmo a baixas temperaturas.
Na + H ------> NaH
 Apresenta diversos usos, como agente redutor em química sintética. Ele é utilizado para obter outros hidretos importantes, especialmente hidreto de alumínio e lítio Li [Al H4] e o boro hidreto de sódio. Na [ BH4].
T i H
O hidreto de titânio é iônico, porem apresenta muito frágil desta forma pode se obter o pó do hidreto de titânio, esse pó pode ser usado como catalizador. 
CuO (s) + H2 (g) ----> Cu (s) + H2O (g)
Esta reação ocorre porque o hidrogênio é mais reativo do que o cobre, e então este se liga ao oxigênio, formando água em estado gasoso por causa da temperatura.