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316 Estrutura ConCEitual TRANSFORMAÇÃO Transferência de calor Variação de entalpia (∆H) pode envolver há Energia de ligação Quebra de ligações Formação de ligações Absorve calor Libera calor pode ser calculada utilizando é processo que é processo que e considerando que 317 E.o. aprEndizagEm 1. (UEL) A transformação representada por N2(g) → 2N(g) é: a) endotérmica, pois envolve ruptura de liga- ções intramoleculares. b) endotérmica, pois envolve ruptura de liga- ções intermoleculares. c) endotérmica, pois envolve formação de liga- ções intramoleculares. d) exotérmica, pois envolve ruptura de ligações intramoleculares. e) exotérmica, pois envolve formação de liga- ções intermoleculares. 2. (Aman) A energia necessária para decompor um mol de metanol em seus átomos consti- tuintes é: Tipo de ligação Energia para romper a ligação (kcal/mol ligação) C — H 98,8 C — O 85,5 H — O 110,6 a) 294,9 kcal. b) 393,7 kcal. c) 492,5 kcal. d) 591,3 kcal. 3. (UFRS) Dadas as energias de ligação, em kcal × mol–1: C = C 143 C — H 99 C — Br 66 Br — Br 46 C — C 80 Calcule a variação de entalpia, em kcal, da reação de adição de bromo ao alceno, repre- sentada pela equação: H2C = CH2 + Br2 → H2C — CH2 | | Br Br a) –23. b) +23. c) –43. d) –401. e) +401. 4. (Mackenzie) Dadas as energias de ligação em kcal/mol, H – H: 104,0 Br – Br: 45,0 H – Br: 87,0 o DH da reação 1 __ 2 H2 + 1 __ 2 Br2 → HBr é igual a: a) +62,0 kcal. b) +149,0 kcal. c) –12,5 kcal. d) –236,0 kcal. e) –161,5 kcal. 5. (UFG) A tabela a seguir apresenta os valores de energia de ligação para determinadas li- gações químicas. Ligação Energia (kcal/mol) C — C 83 C — H 100 C — O 85 O — H 110 Para as moléculas de etanol e butanol, os va- lores totais da energia de ligação (em kcal/ mol) destas moléculas são respectivamente, iguais a: a) 861 e 1454. b) 668 e 1344. c) 668 e 1134. d) 778 e 1344. e) 778 e 1134. 6. (Unirio) O gás cloro (Cℓ2), amarelo-esver- deado, é altamente tóxico. Ao ser inalado, reage com a água existente nos pulmões, formando ácido clorídrico (HCℓ), um ácido forte capaz de causar graves lesões internas, conforme a seguinte reação: Cℓ2 (g) + H2O (g) → HCℓ (g) + HCℓO (g) Ligação Energia de ligação (kJ/mol) Cℓ — Cℓ 243 H — O 464 Cℓ — O 205 H — Cℓ 431 Utilizando os dados constantes na tabela an- terior, marque a opção que contém o valor correto da variação de entalpia verificada, em kJ/mol. a) +104 b) +71 c) +52 d) –71 e) –104 7. (UFRS) Os valores de energia de ligação en- tre alguns átomos são fornecidos no quadro abaixo. Ligação Energia de ligação (kJ/mol) C — H 413 O = O 494 C = O 804 O — H 463 318 Considerando a reação representada por CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(v) o valor aproximado de DH, em kJ, é de: a) –820. b) –360. c) +106. d) +360. e) +820. 8. (PUC-Camp) São dadas as seguintes energias de ligação, em kJ/mol de ligação: Ligação Energia de ligação (kJ/mol) H — Cℓ 431,8 H — F 563,2 Cℓ — Cℓ 242,6 F — F 153,1 Com os dados fornecidos é possível prever que a reação 2 HCℓ(g) + F2(g) → 2 HF(g) + Cℓ2(g) tenha DH, em kJ, da ordem de: a) –584,9, sendo endotérmica. b) –352,3, sendo exotérmica. c) –220,9, sendo endotérmica. d) +220,9 sendo exotérmica. e) +352,3, sendo endotérmica. 9. (Mackenzie) Seja a reação H2C = CH2(g) → 2 C(g) + 4 H(g) DH = + 542 kcal/mol Na reação representada, sabe-se que a energia da ligação C — H é igual a 98,8 kcal/mol. O valor da energia de ligação C = C, em kcal/mol, é: a) 443,2. b) 146,8. c) 344,4. d) 73,4. e) 293,6. E.o. Fixação 1. (UFRGS) A reação de cloração do metano, em presença de luz, é mostrada abaixo. CH4 + Cℓ2 → CH3Cℓ + HCℓ DH = –25kcal · mol–1 Considere os dados de energia das ligações abaixo. C — H = 105 kcal · mol–1 Cℓ — Cℓ = 58 kcal · mol–1 H — Cℓ = 103 kcal · mol–1 A energia da ligação C — Cℓ, no composto CH3Cℓ, é: a) 33 kcal · mol–1. b) 56 kcal · mol–1. c) 60 kcal · mol–1. d) 80 kcal · mol–1. e) 85 kcal · mol–1. 319 2. (UFSM) Uma alimentação saudável, com muitas frutas, traz incontáveis benefícios à saúde e ao bem-estar. Contudo, a ingestão de fruta verde deixa um sabor adstringente na boca. Por isso, o gás eteno é utilizado para acelerar o amadurecimento das frutas, como a banana. Industrialmente, o eteno é obtido pela desidrogenação do etano, em altas temperaturas (500 ºC) e na presença de um catalisador (óxido de vanádio), conforme mostrado na reação a seguir: Energia de ligação (kJ mol–1) Ligação Energia C — H 412 C — C 348 C = C 612 O valor absoluto da energia de ligação H — H em kJ mol–1, é, aproximadamente: a) 124. b) 436. c) 684. d) 872. e) 1368. 3. (Mackenzie) Dadas as energias de ligação em KJ/mol (valores absolutos), o calor, em KJ/mol, da reação abaixo equacionada é: H | HC ≡ CH + H — Cℓ → H2C = C — Cℓ H — Cℓ: 431,8 H — C: 413,4 C = C: 614,2 C — Cℓ: 327,2 C ≡ C 833,4 a) +323,8. b) -431,8. c) -521,4. d) -89,6. e) +104,6. 4. (PUC-RJ) Considere o processo industrial de obtenção do propan-2-ol (isopropanol) a partir da hidrogenação da acetona, representada pela equação abaixo. acetona isopropanol 320 Ligação Energia de ligação (kJ/mol) C = O 745 H — H 436 C — H 413 C — O 358 O — H 463 Fazendo uso das informações contidas na ta- bela acima, é correto afirmar que a variação de entalpia para essa reação, em kJ/mol, é igual a: a) -53. b) +104. c) -410. d) +800. e) -836. 5. (UFRGS) Observe a seguinte tabela. Ligação DH (KJ mol-1) C — H 412 C — C 348 C = C 612 H — H 436 De acordo com as entalpias de ligação re- lacionadas na tabela, qual será a variação de entalpia de reação de hidrogenação do trans-2-buteno: a) –124 KJ mol–1. b) –80 KJ mol–1. c) +44 KJ mol–1. d) +80 KJ mol–1. e) +124 KJ mol–1. 6. (FGV) Na tabela são dadas as energias de ligação (kJ/mol) a 25 °C para algumas li- gações simples, para moléculas diatômicas entre H e os halogênios (X). H F Cℓ Br I H F Cℓ Br I 432 568 158 431 254 243 366 250 219 193 298 278 210 175 151 O cloreto de hidrogênio é um gás que, quan- do borbulhado em água, resulta numa solu- ção de ácido clorídrico. Esse composto é um dos ácidos mais utilizados nas indústrias e laboratórios químicos. A energia para forma- ção de 2 mol de cloreto de hidrogênio, em kJ, a partir de seus elementos é igual a: a) +862. b) +187. c) –187. d) –244. e) –862. 7. (PUC-SP) Dados: entalpia de ligação: H — H = 435 kJ/mol N — H = 390 kJ/mol A reação de síntese da amônia, processo in- dustrial de grande relevância para a indús- tria de fertilizantes e de explosivos, é repre- sentada pela equação N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g) DH = –90 kJ A partir dos dados fornecidos, determina-se que a entalpia de ligação contida na molécu- la de N2 (N ; N) é igual a: a) –645 kJ/mol. b) 0 kJ/mol. c) 645 kJ/mol. d) 945 kJ/mol. e) 1125 kJ/mol. 8. (UFRGS) Considere as energias de ligação, em KJ · mol-1, listadas na tabela a seguir. Ligação E (KJ · mol-1) C — C 347 C = C 611 C — H 414 Br — Br 192 H — Br 368 C — Br 284 O valor de DH0, em KJ · mol–1, para a reação CH3CH = CH2 + Br2 → CH3CHBrCH2Br é igual a: a) –235. b) –112. c) zero. d) +112. e) +235. 9. (UFRN) Num balão de vidro, com um litro de capacidade e hermeticamente fechado, colocaram-se, a 25°C e 1atm, iguais concen- trações iniciais de hidrogênio gasoso [H2] e de vapor de iodo [I2]. Considere as energias de ligação do H2, I2 e HI, respectivamente expressas na tabela a seguir. 321 Energias de Ligação (kJ/mol) a 25 ºC e 1 atm Ligação H — H I — I H — I Energia 434,0 150,0 298,0 A quantidade de calor envolvida (∆H0) por cada mol de produto formado, nas condições-padrão, deve ser: a) –143,0 kJ/mol. b) +7,0 kJ/mol. c) –6,0 kJ/mol. d) +441,0 kJ/mol. E.o. ComplEmEntar 1. (PUC) O diagrama a seguir representa algumas transformações relacionadas à formação do metano a partir de gás hidrogênio e grafite: Os valores das energias de ligaçãoH — H e C — H obtidas a partir do diagrama são, respectiva- mente: a) 172 kcal/mol e 208 kcal/mol. b) 104 kcal/mol e 99,5 kcal/mol. c) 208 kcal/mol e 90,5 kcal/mol. d) 104 kcal/mol e 398 kcal/mol. e) 52 kcal/mol e 380 kcal/mol. 2. (UFRS) Abaixo é apresentado um quadro com algumas energias de ligação no estado gasoso: Ligação Energia de ligação (kJ/mol) H — H 470,7 Cℓ — Cℓ 242,5 O = O 489,2 N ; N 940,8 H — Cℓ 431,5 H — Br 365,9 H — I 298,6 São feitas as seguintes afirmações: I. É preciso mais energia para decompor a molécula de oxigênio do que para decompor a molécula de nitrogênio. II. A molécula de HCℓ deve ser mais estável do que as moléculas de HBr e HI. III. Entre as moléculas gasosas H2, O2 e Cℓ2, a molécula de Cℓ2 é a menos estável. IV. A reação H2(g) + Cℓ2(g) → 2 HCℓ (g) deve ser endotérmica. 322 Quais estão corretas? a) Apenas I e II. b) Apenas I e III. c) Apenas II e III. d) Apenas I, III e IV. e) Apenas II, III e IV. 3. (UCS) O 1,2-dicloroetano ocupa posição de destaque na indústria química americana. Trata-se de um líquido oleoso e incolor, de odor forte, inflamável e altamente tóxico. É empregado na produção do cloreto de vinila que, por sua vez, é utilizado na produção do PVC, matéria-prima para a fabri- cação de dutos e tubos rígidos para água e esgoto. A equação química que descreve, simplificadamente, o processo de obtenção industrial do 1,2-di- cloroetano, a partir da reação de adição de gás cloro ao eteno, encontra-se representada abaixo. C2H4(g) + Cℓ2(g) → C2H4Cℓ2(ℓ) Disponível em: <http://laboratorios.cetesb.sp.gov.br/wp-content/uploads/ sites/47/2013/11/dicloroetano.pdf>. Acesso em: 3 set. 15. (Adaptado.) Dados: Ligação Energia de ligação (kJ/mol) C — H 413,4 C — Cℓ 327,2 C — C 346,8 C = C 614,2 Cℓ — Cℓ 242,6 A variação de entalpia da reação acima é igual a a) –144,4 kJ/mol b) –230,6 kJ/mol c) –363,8 kJ/mol d) +428,2 kJ/mol e) +445,0 kJ/mol 4. (Espcex (Aman)) Quantidades enormes de energia podem ser armazenadas em ligações químicas e a quantidade empírica estimada de energia produzida numa reação pode ser calculada a partir das energias de ligação das espécies envolvidas. Talvez a ilustração mais próxima deste conceito no cotidiano seja a utilização de combustíveis em veículos automotivos. No Brasil alguns veículos utilizam como combustível o Álcool Etílico Hidratado Combustível, conhecido pela sigla AEHC (atu- almente denominado comercialmente apenas por ETANOL). Considerando um veículo movido a AEHC, com um tanque de capacidade de 40 L completamente cheio, além dos dados de energia de ligação química fornecidos e admitindo-se rendimento ener- gético da reação de 100%, densidade do AEHC de 0,80 g/cm3 e que o AEHC é composto, em massa, por 96% da substância etanol e 4% de água, a quantidade aproximada de calor liberada pela com- bustão completa do combustível deste veículo será de Dados: massas atômicas: C = 12 u; O = 16 u; H = 1 u. Energia de ligação (kJ ∙ mol–1) Tipo de ligação Energia (kJ ∙ mol–1) Tipo de ligação Energia (kJ ∙ mol–1) C — C 348 H — O 463 C — H 413 O = O 495 C = O 799 C — O 358 a) 2,11 ∙ 105 kJ b) 3,45 ∙ 103 kJ c) 8,38 ∙ 105 kJ d) 4,11 ∙104 kJ e) 0,99 ∙ 104 kJ 323 E.o. dissErtativo 1. (UFC) Dadas as reações: I. H2(g) + Cℓ2(g) → 2 HCℓ(g) II. N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g) e as energias de ligação: Ligação Entalpia de ligação (kJ/mol) H — H 432 N ; N 942 H — Cℓ 428 Cℓ — Cℓ 240 N — H 386 a) Determine o DH para as reações I e II. b) Baseado apenas nos valores de DH, qual das reações é mais favorável. 2. (FRB-BA) Considere a tabela: Ligação Entalpia de ligação em kJ/mol H — H 104 O = O 120 O — H 110 Calcule a quantidade de calor liberada na reação de formação da água, de acordo com a equação: H2 + 1 __ 2 O2 → H2O 3. (Ufjf-pism 2) O hidrogênio cada vez mais tem ganhado atenção na produção de energia. Recen- temente, a empresa britânica Intelligent Energy desenvolveu uma tecnologia que pode fazer a bateria de um smartphone durar até uma semana. Nesse protótipo ocorre a reação do oxigênio atmosférico com o hidrogênio armazenado produzindo água e energia. a) Escreva a equação química da reação descrita acima e calcule a sua variação de entalpia a partir dos dados abaixo. Ligação H — H H — O O = O Energia de ligação (kJ mol–1) 437 463 494 b) Um dos grandes problemas para o uso do gás hidrogênio como combustível é o seu armazenamento. Calcule o volume ocupado por 20 g de hidrogênio nas CNTP. c) Atualmente, cerca de 96% do gás hidrogênio é obtido a partir de combustíveis fósseis, como descrito nas reações abaixo. Carvão: C(s) + H2O(ℓ) → CO(g) + H2(g) Gás natural: CH4(g) + H2O(ℓ) → CO(g) + 3 H2(g) Essa característica é considerada uma desvantagem para o uso do hidrogênio. Justifique essa afirma- tiva. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO AR MAIS LIMPO O ar que os paulistanos respiram está menos poluído. Um estudo recente feito por cientistas do IAG/USP revelou que, nos últimos 30 anos, caiu consideravelmente a concentração de acetaldeído na atmosfera da Região Metropolitana de São Paulo. Esse poluente, que faz parte do grupo dos aldeídos, é liberado principalmente pelo escapamento de veículos movidos a etanol. Além de pro- vocar irritação nas mucosas, nos olhos e nas vias respiratórias e desencadear crises asmáticas, os 324 aldeídos são substâncias carcinogênicas em potencial. De acordo com os resultados da pesquisa, a queda na concentração deve-se basicamente a dois fatores: aperfeiçoamento da tecnologia de motores automotivos e políticas públicas implementadas no país nas últimas décadas voltadas ao controle da poluição do ar. (Adaptado de: Revista Pesquisa FAPESP, n. 224, p. 69) 4. (PUC-CAMP) Para responder a esta questão, utilize o texto. a) Considere a reação de formação do acetaldeído a partir da combustão incompleta do etanol. CH3 – CH2 – OH + 1/2 O2 → CH3 – CH = O + H2O Utilizando os valores de energia de ligação dados a seguir, calcule a entalpia dessa reação e reescreva-a na forma de uma equação termoquímica. ligação energia média (kg/mol) C – C 347,0 C – H 413,0 C – O 357,4 C = O 773,5 O – H 462,3 O – O 493,2 b) Sabendo que a concentração média de acetaldeído medida nesse estudo foi de 5,4 partes por bilhão (mg/m3), calcule a concentração desse poluente em mol/ℓ. Dados: massas molares (g/mol): H = 1,0; C = 12,0; O = 16,0. 5. (UFPR) Óleos vegetais, constituídos por triacilgliceróis (triéster de glicerol e ácidos carboxílicos de cadeia alquílica longa), são matérias primas em diversos setores. O óleo vegetal pode ser sub- metido à reação de transesterificação com álcool etílico, na presença de catalisador ácido (R1 do esquema), formando glicerol e ácidos graxos, que corresponde ao biodiesel, ou à reação de hidro- genação (R2), na presença de catalisador de MoS2, levando à formação de uma mistura de alcanos, gás carbônico e água. No esquema simplificado a seguir, estão ilustrados estes dois processos em reações não balanceadas. A fim de simplificação foi considerado um triacilglicerol imaginário e que as reações R1 e R2 formam apenas os produtos indicados. Dados: Entalpia média de ligação (kJ ∙ mol–1) C – H 413 C – C 348 C – O 358 O – H 463 C = C 614 C = O 799 O = O 495 Massa molar (g/mol): C=12, O=16, H = 1 325 a) Do ponto de vista de poder calorífico, isto é, a quantidade de energia (por unidade de massa) liberada na oxidação de um determi- nado combustível, qual dos processos (R1 ou R2) gera um melhor combustível? Justifique. b) Por meio das entalpias de ligação, calcule a entalpia de combustão do propano. 6. (UFJF) A síntese da amônia foi desenvolvi- da por Haber-Bosh e teve papel importante durante a 1ª Guerra Mundial. A Alemanha não conseguia importar salitre para fabrica- ção dos explosivos e, a partir da síntese de NH3, os alemães produziam o HNO3 e deste chegavam aos explosivos de que necessita- vam. A equação que representasua formação é mostrada abaixo: 3H2(g) + N2(g) → 2NH3(g) a) A partir da equação química para a reação de formação da amônia, descrita acima, e sa- bendo que a reação apresenta DH < 0, o que aconteceria com o equilíbrio, caso a tempe- ratura do sistema aumentasse? b) Calcule a variação de entalpia da formação da amônia, a partir das energias de ligação mostradas na tabela a seguir, a 298 K: Ligação Energia de Ligação (kJ · mol–1) H – H 436 N ≡ N 944 H – N 390 c) Suponha que a uma determinada tempera- tura T foram colocados, em um recipiente de 2,0 litros de capacidade, 2,0 mols de gás nitrogênio e 4,0 mols de gás hidrogênio. Cal- cule o valor da constante de equilíbrio, Kc, sabendo que havia se formado 2,0 mols de amônia ao se atingir o equilíbrio. d) Considere que a lei de velocidade para a rea- ção de formação da amônia é v = k [H2] 3 [N2]. Calcule quantas vezes a velocidade final au- menta, quando a concentração de nitrogênio é duplicada e a de hidrogênio é triplicada, mantendo-se a temperatura constante. E.o. uErJ ExamE disCursivo 1. (UERJ) O propeno (DH0 = + 5 kcal × mol–1), um composto utilizado largamente em sínte- se orgânica, produz propano (DH0 = –25 kcal × mol–1), por redução catalítica, de acordo com a reação a seguir. Observe, na tabela, os valores aproxima- dos das energias de ligação nas condições- -padrão. C3H6(g) + H2(g) → C3H8(g) Tipo de ligação Energia de ligação (kcal/mol) C — C –83 C = C –147 C — H –99 Calcule o valor da energia de dissociação para um mol de ligações H — H, em kcal × mol–1. 2. (UERJ) O metanal é um poluente atmosférico proveniente da queima de combustíveis e de atividades industriais. No ar, esse poluente é oxidado pelo oxigênio molecular formando ácido metanoico, um poluente secundário. Na tabela abaixo, são apresentadas as ener- gias das ligações envolvidas nesse processo de oxidação. Ligação Energia de ligação (kJ · mol-1) O = O 498 C — H 413 C — O 357 C = O 744 O — H 462 Em relação ao metanal, determine a variação de entalpia correspondente à sua oxidação, em kJ · mol-1, e nomeie sua geometria molecular. 3. (UERJ) A equação química abaixo represen- ta a reação da produção industrial de gás hi- drogênio. H2O(g) + C(s) → CO(g) + H2(g) Na determinação da variação de entalpia dessa reação química, são consideradas as seguintes equações termoquímicas, a 25 ºC e 1 atm. ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0 22 g 2 g g 0 s 2 g 2 g 0 2 g g 2 g 1H 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 1 kg de gás hidrogênio e nomeie o agente redutor desse processo in- dustrial. 326 4. (UERJ) Mudanças de estado físico e reações químicas são transformações que produzem variações de energia. As equações termoquímicas a seguir exem- plificam algumas dessas transformações e suas correspondentes variações de energia ocorridas a 25°C e 1 atm. I. H2O(ℓ) → H2O(v) DH = 44,0 kJ × mol –1 II. C2H5OH(ℓ) → C2H5OH(v) DH = 42,6 kJ × mol –1 III. C2H5OH(ℓ) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3 H2O(ℓ) DH = –x kJ × mol–1 IV. C2H5OH(v) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3 H2O(v) DH = –y kJ × mol–1 a) Classifique a equação I quanto ao aspecto termoquímico e identifique o tipo de ligação intermolecular rompida na transformação exemplificada pela equação II. b) Com base na Lei de Hess, calcule a diferença numérica entre a quantidade de calor libe- rada pela reação III e a quantidade de calor liberada pela reação IV. 5. (UERJ) O formol, uma solução de metanal, frequentemente utilizado em cosméticos, vem sendo substituído pelo ácido glioxílico. No entanto, a decomposição térmica desse ácido também acarreta a formação de meta- nal, de acordo com a seguinte equação: Veja, abaixo, as energias das ligações nas moléculas participantes da reação: Ligação Energia de ligação (kJ · mol–1) C − C 348 C = O 744 C − H 413 C − O 357 O − H 462 Considere a decomposição de 1 ℓ de uma so- lução aquosa de ácido glioxílico, na concen- tração de 0,005 mol · ℓ–1. Assumindo que todo o ácido glioxílico foi decomposto, calcu- le, em quilojoules, a energia absorvida nesse processo. Aponte, ainda, o número de oxidação do car- bono na molécula de metanal. 6. (UERJ) No metabolismo das proteínas dos mamíferos, a ureia, representada pela fór- mula (NH2)2CO, é o principal produto nitro- genado excretado pela urina. O teor de ureia na urina pode ser determinado por um mé- todo baseado na hidrólise da ureia, que for- ma amônia e dióxido de carbono. A seguir são apresentadas as energias das li- gações envolvidas nessa reação de hidrólise. ligação energia de ligação (kJ × mol–1) N – H 390 N – C 305 C = O 800 O – H 460 A partir da fórmula estrutural da ureia, de- termine o número de oxidação do seu átomo de carbono e a variação de entalpia corres- pondente a sua hidrólise, em kJ · mol–1. 7. (UERJ) O ciclopropano, anestésico, e o 2,4,6-trimetil-s-trioxano, sedativo, cuja es- trutura é apresentada a seguir (figura 1), são dois compostos químicos utilizados como medicamentos. A reação de combustão completa do ciclo- propano tem, como produtos finais, dióxido de carbono e água. Na tabela adiante são apresentados os valores médios de energia de ligação envolvidos neste processo, nas condições-padrão. ligação energia de ligação (kcal × mol–1) C – C 83 C – H 99 C = O 178 H – O 111 O = O 119 a) Determine a fórmula mínima do 2,4,6-trime- til-s-trioxano. b) Calcule a entalpia-padrão de combustão do ciclopropano. E.o. obJEtivas (unEsp, FuvEst, uniCamp E uniFEsp) 1. (Fuvest) Pode-se conceituar energia de liga- ção química como sendo a variação de ental- pia (DH) que ocorre na quebra de 1 mol de uma dada ligação. Assim, na reação representada pela equação: NH3(g)→ N(g) + 3 H(g) DH = 1170 kJ/mol NH3 são quebrados 3 mols de ligação N-H, sendo, portanto, a energia de ligação N-H igual a 390 kJ/mol. 327 Sabendo-se que na decomposição: N2H4(g) → 2 N(g) + 4 H(g) DH = 1720 kJ/mol N2H4, são quebrados ligações N — N e N — H , qual o valor, em kJ/mol, da energia de ligação N — N? a) 80 b) 160 c) 344 d) 550 e) 1330 2. (Fuvest) Buscando processos que permitam o desenvolvimento sustentável, cientis- tas imaginaram um procedimento no qual a energia solar seria utilizada para formar substâncias que, ao reagirem, liberariam energia: Sol B C A D E A = refletor parabólico B = reator endotérmico C = reator exotérmico D e E = reservatórios Considere as seguintes reações: I. 2H2 + 2CO → CH4 + CO2 II. CH4 + CO2 → 2H2 + 2CO e as energias médias de ligação: H — H = 4,4 x 102 kJ/mol C = O (CO) = 10,8 x 102 kJ/mol C = O (CO2) = 8,0 x 102 kJ/mol C — H = 4,2 x 102 kJ/mol A associação correta que ilustra tal processo é: Reação que ocorre em B Conteúdo de D Conteúdo de E a) I CH4 + CO2 CO b) II CH4 + CO2 H2 + CO c) I H2 + CO CH4 + CO2 d) II H2 + CO CH4 + CO2 e) I CH4 CO E.o. dissErtativas (unEsp, FuvEst, uniCamp E uniFEsp) 1. (Fuvest) As energias das ligações H — H e H — Cℓ são praticamente iguais. Na reação representada a seguir há transfor- mação de H2 em HCℓ com liberação de energia: H2 + Cℓ2 → 2 HCℓ + energia Compare, em vista desse fato, a energia da ligação Cℓ — Cℓ com as outras citadas. 2. (Fuvest) Dadas as seguintes energias de li- gação, em kJ por mol de ligação, calcule o valor da energia térmica (em kJ por mol de NH3) envolvida na reação representada por N2 + 3 H2 → 2 NH3 3. (Unicamp) A Lei Periódica observada por Mendeleyev permitiu prever propriedades macroscópicas de elementos e de compostos desconhecidos. Mais tarde verificou-se que propriedades como comprimento e entalpia de ligações covalentes também são proprie- dades relacionadas com a periodicidade. A seguir estão, parcialmente tabelados, os comprimentos e as energias de ligações das moléculas dos haletos de hidrogênio: Haleto de hidrogênio Comprimento da ligação em pm (picômetros) Entalpiade ligação em kJ/mol H — F 92 — H — Cl 127 431 H — Br 141 — H — I 161 299 Com base nos valores tabelados estime as energias de ligação do H – F e do H – Br mostrando claramente como você percebeu. 4. (Fuvest) Ligação Energia de ligação (kJ.mol-1) O — H 464 C — C 350 C — H 415 C — O 360 Calor de combustão no estado gasoso: A = 1140 kJ/mol B = 1454 kJ/mol 328 A e B são compostos de uma mesma fórmula molecular C2H6O, sendo um deles o álcool etí- lico e o outro o éter dimetílico. Utilizando os valores de energia de ligação, identifique A e B, explicando o raciocínio usado. 5. (Unicamp) A hidrazina (H2N — NH2) tem sido utilizada como combustível em alguns motores de foguete. A reação de combustão que ocorre pode ser representada, simplifi- cadamente, pela seguinte equação: H2N — NH2(g) + O2(g) → N2(g) + 2 H2O(g) A variação de entalpia dessa reação pode ser estimada a partir dos dados de entalpia das ligações químicas envolvidas. Para isso, considera-se uma absorção de energia quan- do a ligação é rompida, e uma liberação de energia quando a ligação é formada. A tabela a seguir apresenta dados de entalpia por mol de ligações rompidas. Ligação Entalpia/kJ/mol H — H 436 H — O 464 N — N 163 N = N 514 N ; N 946 C — H 413 N — H 389 O = O 498 O — O 134 C = O 799 a) Calcule a variação de entalpia para a reação de combustão de um mol de hidrazina. b) Calcule a entalpia de formação da hidrazina sabendo-se que a entalpia de formação da água no estado gasoso é de –242 kJ mol–1. 6. (Fuvest) Considere o equilíbrio e os dados adiante: a) Calcule, usando as energias de ligação, o va- lor do DH da reação de formação de 1 mol de B, a partir de A. b) B é obtido pela reação de A com ácido sul- fúrico diluído à temperatura ambiente, en- quanto A é obtido a partir de B, utilizando- -se ácido sulfúrico concentrado a quente. Considerando as substâncias envolvidas no equilíbrio e o sinal do ∆H, obtido no item a, justifique a diferença nas condições empre- gadas quando se quer obter A a partir de B e B a partir de A. 7. (Unicamp) A variação de entalpia de uma reação na fase gasosa, DHr, pode ser obtida indiretamente por duas maneiras distintas: 1. pelas diferenças entre as entalpias de formação, DHf, dos produtos e dos rea- gentes; 2. pela diferença entre as entalpias de li- gação, DHℓ, das ligações rompidas e das ligações formadas. Considerando a reação e as tabelas a seguir: a) Determine o valor de DHr. b) Calcule a entalpia de formação para o H3CCℓ(g). 8. (Unicamp) Por "energia de ligação" entende- -se a variação de entalpia (DH) necessária para quebrar um mol de uma dada ligação. Este pro- cesso é sempre endotérmico (DH > 0). Assim, no processo representado pela equação CH4(g) = C(g) + 4H(g); DH = 1663 kJ/mol, são quebrados 4 mols de ligações C – H, sendo a energia de ligação, portanto, 416 kJ/mol. Sabendo-se que no processo C2H6(g) = 2C(g) + 6H(g); DH = 2826 kJ/mol são quebradas ligações C – C e C – H, qual o valor da energia de ligação C – C? Indique os cálculos com clareza. 329 gabarito E.O. Aprendizagem 1. A 2. C 3. A 4. C 5. D 6. B 7. A 8. B 9. B E.O. Fixação 1. E 2. B 3. D 4. A 5. A 6. C 7. D 8. B 9. C E.O. Complementar 1. B 2. C 3. A 4. C E.O. Dissertativo 1. a) I. DH = –184 kJ; II. DH = –78 kJ. b) A reação mais favorável é aquela mais exotérmica, portanto, a reação I. 2. –56 kcal. 3. a) H2(g) + 1/2 O2(g) → H2O(g); DH = -242kJ mol-1 b) V = 223,9 L c) O uso de combustíveis fósseis para a pro- dução de gás hidrogênio gera gases tóxi- cos – CO, que podem ser lançados para a atmosfera. 4. a) DH = -218,8 kJ mol-1 b) 1,2 . 10-7 mol L-1 5. a) R1 ⇒ DH = -8670 kJ mol-1 ⇒ 41,68 kJ g-1 R2 ⇒ DH = -6883 kJ mol-1 ⇒ 44,12 kJ g-1 Do ponto de vista calorífico, conclui-se que o processo R2 gera um combustível que libera maior quantidade de energia. b) DHcombustão = -2023 kJ mol -1 6. a) Sabendo que a reação é exotérmica, pelo principio de Le Chatelier o equilibrio seria deslocado para esquerda com o au- mento da temperatura. b) DH = -44 kJ c) kc = 16 d) Vfinal = 54 Vinicial E.O. UERJ Exame Discursivo 1. 104 kcal × mol –1 2. DH = –157 kJ/mol; geometria trigonal plana. 3. DH = 87 kJ ⋅ mol H2 -1 ⇒ 500 mols H2 ⋅ 87kJ ⋅ mol H2 -1 = 43,5 ⋅ 103 kJ 4. a) A reação 1 é endotérmica; A ligação in- termolecular rompida é do tipo ligação de hidrogênio. b) DH = x - y = +89,4 kJ 5. Energia absorvida = 0,05 kJ; Nox do carbono na molécula de metanal é igual a 0. 6. Nox do carbono = +4; DH = -50 kJ-1 7. a) (C2H4O)n b) DH = -355 kcal ⋅ mol-1 E.O. Objetivas (Unesp, Fuvest, Unicamp e Unifesp) 1. B 2. B E.O. Dissertativas (Unesp, Fuvest, Unicamp e Unifesp) 1. Teremos: Energia de ligação Cℓ — Cℓ < Energia de ligacão H — H Energia de ligação Cℓ — Cℓ < Energia de ligacão H — Cℓ 2. DH = – 50 kJ / mol NH3 3. Entalpia de ligação: H — F = 497 kJ / mol H — Br = 365 kJ / mol 4. Como os produtos formados são os mesmos (e nas mesmas quantidades), o Hp é igual, logo quanto maior o Hr, menor o DH, ou seja, mais negativo, logo o A é o éter ,e o B é o álcool. 5. a) DH = –585 kJ mol-1 b) DH = +101 kJ mol-1 6. a) DH = -35 kJ mol-1 b) Considerando-se o equilíbrio A + H2O B, A passagem de B para A pode ser justifi- cada pelos seguintes fatores: 1. O ácido sulfúrico concentrado, agindo como desidratante, retira água, e isso desloca o equilíbrio para a esquerda. 2. Como o processo é feito a quente, o aumento da temperatura favorecerá o processo endotérmico. 330 A passagem oposta, de A para B, será fa- vorecida, portanto: 1. Em temperaturas mais baixas, o que favorece o processo exotérmico; 2. Na ausência do desidratante, já que a solução diluída de ácido sulfúrico não apresenta características desidratan- tes. Nessas condições, a água passará a ser um reagente fundamental no processo (hidratação). 7. a) D Hr = –206 kJ b) D Hf = –189 kJ 8. EC – C = 330 kJ/mol
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