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QUÍMICA – TURMA OLÍMPICA – LISTA VIII – PROFESSOR ALEXANDRE VARGAS GRILLO 1 Questão 01 - (IME) Considerando que 100% do calor liberado na combustão de CH4 sejam utilizados para converter 100 kg de água a 10 0 C em vapor a 100 0 C, calcule o volume de metano consumido, medido nas CNTP, supondo que ele se comporte como um gás ideal. Dados: Constante universal dos gases (R) = 0,082 atm.L/mol.K; Calor latente de vaporização da água = 2260 J/g; Calor específico da água = 4,20 J/g. 0 C; Calor de combustão do metano = 890,0 kJ.mol -1 . Questão 02 – (IME) Determine a massa de água que, com uma variação de temperatura de 30ºC, fornece energia equivalente ao calor de formação de um mol de sulfeto de carbono sólido. Dados: Calor de combustão do sulfeto de carbono = – 265 kcal/mol; Calor de formação do gás sulfuroso = – 71 kcal/mol; Calor de formação do dióxido de carbono = – 96 kcal/mol; Capacidade calorífica da água líquida = 1,0 cal/g. Questão 03 - (ITA) A 25ºC e pressão de 1atm, a queima completa de um mol de n-hexano produz dióxido de carbono e água no estado gasoso e libera 3883 kJ, enquanto que a queima completa da mesma quantidade de n-heptano produz as mesmas substâncias no estado gasoso e libera 4498 kJ. a) Escreva as equações químicas, balanceadas, para as reações de combustão em questão; b) Utilizando as informações fornecidas no enunciado desta questão, faça uma estimativa do valor do calor de combustão do n-decano. Deixe claro o seu raciocínio; c) Caso a água formada na reação de combustão do estado líquido, a quantidade de calor liberado seria MAIOR, MENOR OU IGUAL a 3383kJ? Por quê? Questão 04 – (ITA) Considere os valores das seguintes variações de entalpia (ΔH) para as reações químicas representadas pelas equações I e II, onde (graf) significa grafite. I. C(graf) + O2(g) → CO2(g); ΔH(298 K; 1 atm) = - 393 kJ II. CO(g) + ½ O2(g) → CO2(g); ΔH(298 K; 1 atm) = - 283 kJ Com base nestas informações e considerando que todos ΔH se referem à temperatura e pressão citadas acima, assinale a opção correta: a) C(graf) + ½ O2(g) → CO(g); ΔH = + 110 kJ b) 2C(graf) + O2(g) → 2CO(g); ΔH = – 110 kJ c) 2C(graf) + ½ O2(g) → C(graf) + CO(g); ΔH = + 110 kJ d) 2C(graf) + 2O2(g) → 2CO(g) + O2(g); ΔH = + 220 kJ e) C(graf) + O2(g) → CO(g) + ½ O2(g); ΔH = – 110 kJ Questão 05 – (IME) Calcule o calor de formação do meta- dimetilbenzeno, sabendo-se que: a) O calor de combustão do meta-dimetilbenzeno é 1087,90 kcal.mol -1 ; b) O calor de formação do gás carbônico é 94,00 kcal.mol -1 ; c) O calor de formação da água é 68,30 kcal.mol -1 . Questão 06 – (IME) Qual a quantidade de calor produzida na combustão de 1 mol de sacarose, sabendo que m gramas de sacarose libertam q kcal na sua combustão? Dado: Massa molar da sacarose: 342 g/mol. Questão 07 – (IME) O consumo de água quente de uma casa é de 0,489 m 3 por dia. A água está disponível a 10ºC e deve ser aquecida até 60,0ºC pela queima de gás propano. Admitindo que não haja perda de calor para o ambiente e que a combustão seja completa, calcule o volume (em m 3 ) necessário deste gás, medido a 25,0ºC e 1,00 atm, para atender à demanda diária. Dados: Constante dos gases: R = 82,0 x 10–6 m3. atm / K.mol Massa específica da água: 1,00. 103 kg/m3 Calor específico da água: 1,00 kcal / kg°C Calores de formação a 298K a partir de seus elementos: C3H8(g) = – 25,0kcal/mol; H2O(g) = – 58,0 kcal/mol; CO2(g) = – 94,0kcal/mol. Questão 08 – (IME) Que quantidade de calor é liberada por uma reação química que é capaz de elevar 20 ° C para 28 ° C a temperatura de 2 kg de água? (Calor específica da água = 1 cal/g. o C). Questão 09 – (ITA) A figura abaixo mostra como a entalpia dos reagentes e dos produtos de uma reação química dotipo A(g) + B(g) → C(g) varia com a temperatura. Levando em consideração as informações fornecidas nesta figura, e sabendo que a variação de entalpia (ΔH) é igual ao calor trocado pelo sistema à pressão constante, é ERRADO afirmar que: a) na temperatura T1 a reação ocorre com liberação de calor. b) na temperatura T1, a capacidade calorífica dos reagentes é maior que a dos produtos. c) no intervalo de temperatura compreendido entre T1 e T2, a reação ocorre com absorção de calor (ΔH >zero). d) oΔH, em módulo, da reação aumenta com o aumento de temperatura. e) tanto a capacidade calorífica dos reagentes como a dos produtos aumentam com o aumento da temperatura. 2 Questão 10 – (ITA) Na temperatura e pressão ambientes, a quantidade de calor liberada na combustão completa de 1,00 g de etanol (C2H5OH) é igual a 30,0 J. A combustão completa de igual massa de glicose (C6H12O6) libera 15,0 J. Com base nestas informações é correto afirmar que: a) a quantidade de calor liberada na queima de 1,00 mol de etanol é igual a 2 vezes a quantidade de calor liberada na queima de 1,00 mol de glicose. b) a quantidade de oxigênio necessária para queimar completamente 1,00 mol de etanol é igual a 2 vezes aquela necessária para queimar a mesma quantidade de glicose. c) a relação combustível/comburente para a queima completa de 1,00 mol de etanol é igual a 1/2 da mesma relação para a queima completa de 1,00 mol de glicose. d) a quantidade de calor liberada na queima de etanol será igual àquela liberada na queima de glicose quando a relação massa de etanol/massa de glicose queimada for igual a 1/2. e) a quantidade de calor liberada na queima de etanol será igual àquela liberada na queima de glicose quando a relação mol de etanol/mol de glicose for igual a 1/2. Questão 11 – (IME) A partir dos dados fornecidos abaixo, calcule o calor de hidrogenação do propeno, indicando se a reação é exotérmica ou endotérmica. Dados: a) Calor de formação da água no estado líquido 68,30 kcal.mol -1 ; b) Calor de combustão do propano 530,60 kcal.mol-1; c) Calor de combustão do propeno 491,9 kcal.mol-1. Questão 12 – (IME) Calcule a quantidade de calor liberado na queima de 130 kg de acetileno a 25 ° C e 1 atm. Dados a 298K: (ΔH o f) CO2 = -94,1 kcal.mol -1 ; (ΔH o f) H2O = -57,8 kcal.mol -1 e (ΔH o f) C2H2 = +54,2 kcal.mol -1 . Questão 13 – (IME) Calcule o calor de reação, quando 1 mol de zinco reage estequiometricamente com o ácido clorídrico de uma solução de 1 mol de HCl em 100 moles de água, conhecendo-se os seguintes dados: 1) HCl(g) + 100 H2O(l) → HCl (100 H2O)(l); (ΔH o 298) = - 17,50 kcal; 2) ZnCl2(s) + 200 H2O(l) → ZnCl2(200 H2O)(l); (ΔH o 298) = - 14,90 kcal. Calores de formação: 3) ZnCl2(s); (ΔH o 298) = - 99,50 kcal. 4) HCl(g); (ΔH o 298) = - 22,00 kcal. Questão 14 – (IME) Nas combustões completas de x gramas de acetileno e de y gramas de benzeno são liberadas, respectivamente, Q1 kcal e Q2 kcal. Determine o calor liberado, em kcal, na formação de z gramas de benzeno a partir do acetileno. Questão 15 – (IME) O valor experimental para o calor liberado na queima de benzeno líquido a 25 o C, com formação de dióxido de carbono e água líquida, é 780 kcal.mol -1 . A combustão é feita em uma bomba calorimétrica a volume constante. Considerando comportamento ideal para os gases formados e R = 2,0 cal.mol -1 .K -1 , determine: a) O calor padrão de combustão do benzeno a 25°C; b) Se o calor calculado no item anterior é maior ou menor quando a água é formada no estado gasoso. Justifique sua resposta. Questão 16 – (IME) Uma amostra de 0,640g de naftaleno sólido (C10H8) foi queimada num calorímetro de volume constante, produzindo somente dióxido de carbono e água. Após a reação, verificou-se um acréscimo de 2,40 ° C na temperatura do calorímetro. Sabendo-se que a capacidade calorífica do calorímetro era de 2570 cal. ° C e considerando-se que a variação de pressão foi muito pequena, calcule a entalpiade formação do naftaleno. Dados: Entalpia de formação do CO2(g): - 94,1 kcal.mol -1 ; Entalpia de formação do H2O(l): - 68,3 kcal.mol -1 . Questão 17 – (IME) Uma fábrica de cal (CaO) necessita reduzir o custo da produção para se manter no mercado com preço competitivo para seu produto. A direção da fábrica solicitou ao departamento técnico o estudo da viabilidade de reduzir a temperatura do forno de calcinação de carbonato de cálcio, dos atuais 1500K para 800K. Considerando apenas o aspecto termodinâmico, pergunta-se: O departamento técnico pode aceitar a nova temperatura de calcinação? Em caso afirmativo, o departamento técnico pode oferecer uma outra temperatura de operação que proporcione maior economia? Em caso negativo, qual é a temperatura mais econômica para se operar o forno de calcinação? Dados: ΔS o (J/mol.K) ΔH o (KJ/mol) CaCO3(s) 92,9 -1206,9 CaO(s) 39,8 -635,1 CO2(g) 213,6 -393.5 Observação: Desconsidere a variação das propriedades como a temperatura. Questão 18 – (IME) Uma mistura de metano e ar atmosférico, a 298 K e 1 atm entre em combustão num reservatório adiabático, consumindo completamente o metano. O processo ocorre a pressão constante e os produtos formados (CO2, H2O, N2 e O2) permanecem em fase gasosa. Calcule a temperatura final do sistema e a concentração molar final de vapor d’água, sabendo-se que a pressão inicial do CH4 é de 1/16 atm e a do ar é de 15/16 atm. Considere o ar atmosférico constituído somente por N2 e O2 e o trabalho de expansão desprezível. Dados: Constante universal dos gases: R = 0,082atm.L.mol -1 .K -1 . Entalpia de formação a 298K: CO2(g) = -98050 cal/mol; H2O(g) = -57800 cal/mol; CH4(g) = -17900 cal/mol. Variação de entalpia (HºT - Hº298K) em cal/mol: T(K) CO2(g) H2O(g) N2(g) O2(g) 1.700 2.000 17.580 21.900 13.740 17.260 10.860 13.420 11.470 14.150 3 Questão 19 – (OLIMPÍADA NORTE AMERICANA – 1999) The first step in the production of high purity silicon for semiconductors is represented by this equation. SiO2(s) + 2C(s) → Si(s) + 2CO(g) ΔH o = +689.9 kJ a) Calculate ΔHf o for SiO2. Given: ΔHf o for CO = –110.5 kJ·mol –1 . b) Find ΔSrxn for the production of pure silicon. Given: S o for C = 5.70 J·K –1 ·mol –1 , for CO is 197.6 J·K –1 ·mol –1 , for Si = 18.8 J·K –1 ·mol –1 , and for SiO2 = 41.8 J·K –1 ·mol –1 ; c) Determine ΔGo for the reaction at 25 °C; d) Find the minimum temperature in °C at which this reaction is spontaneous. Assume that ΔH o and ΔS ° do not vary with temperature. Questão 20 – (ATKINS) Calcule a temperatura adiabática de chama da queima de metano (CH4) a 1 atm com: a) oxigênio puro; b) ar. Dados: Os reagentes entram a 298K. CH4: Cpm = 9,9 cal/mol; ∆H298= -17895 cal/mol.K O2: Cpm = 9,2 cal/mol; ∆H298= 0 cal/mol.K N2: Cpm = 6,0 cal/mol ; ∆H298= 0 cal/mol.K H2O: Cpm = 10,0 cal/mol; ∆H298= -57798 cal/mol.K CO2: Cpm = 14,8 cal/mol; ∆H298= -94050 cal/mol.K Questão 21 – (IME) A reforma com vapor d´água, a temperatura altas, é um método industrial para produção de hidrogênio a partir de metano. Calcule a entalpia de reação desse processo. Dados: I. Entalpias de combustão: C(grafite) ... ∆H° = - 394 kJ.mol -1 H2(g) ... ∆H° = - 286 kJ.mol -1 (forma água líquida) CH4(g) ... ∆H° = - 890 kJ.mol -1 (forma água líquida) II. CO(g) + H2(g) → C(grafite) + H2O(g) ∆H° = - 131 kJ.mol -1 Questão 22 – Um mol de um gás ideal, inicialmente a pressão de 1 atm, é comprimido adiabaticamente e reversivelmente de 20 L para 10 L. Se a capacidade calorífica molar a volume constante do gás for CV = 2R, podemos prever que sua temperatura final será de: (Considere R = 0,08 atm.L.mol -1 .K -1 e (2) 1/2 = 1,40). a) 200 K b) 300 K c) 350 K d) 450 K e) 500 K Questão 23 – Um mol de gás ideal (Cp = 5/2 R) é submetido a transformações reversíveis partindo do mesmo estado inicial a 200 K e 2 atm. Calcule o calor envolvido em cada situação: a) Expansão isobárica, até a temperatura de 320 K; b) Expansão isotérmica, até o volume quadruplicar. Dados: Constante dos gases ideias: R = 0,082 atm.L.mol -1 .K -1 = 8,30 J.mol -1 .K -1 ; 1 atm = 10 5 Pa; ln 2 = 0,70. Questão 24 - Calcule a temperatura adiabática de chama da queima completa de um gás natural contendo metano puro a 1 atm com: a) oxigênio puro; b) ar atmosférico. Questão 25 - (IME) Calcule o valor da reação H2(g) + Cl2(g) → 2 HCl(g) a 25°C, sabendo-se que as energias de ligação de H2, Cl2 e HCl a mesma temperatura a 1 atm são iguais a + 436 kJ.mol -1 , + 243 kJ.mol -1 e + 431 kJ.mol -1 , respectivamente. Questão 26 - (Olimpíada Americana de Química - 2001) Fe2O3(s) + 3/2 C(s) → 3/2 CO2(g) + 2 Fe(s) ΔH° = + 234,1 kJ C(s) + O2(g) → CO2(g) ΔH° = - 393,5 kJ Use estas equações e os valores da entalpia padrão (ΔH°) para calcular ΔH° para a seguinte reação: 4 Fe(s) + 3 O2(g) → 2 Fe2O3(s). a) – 1648,7 kJ b) – 1255,3 kJ c) – 1021,2 kJ d) – 129,4 kJ Questão 27 - (IME) Considere a proposta de um processo para a obtenção da cementita, esquematizada abaixo. Sabe-se que a energia livre de Gibbs molar está relacionada diretamente com a constante de equilíbrio de uma reação química, conforme a seguinte equação termodinâmica: ∆Greação = - R.T.lnKp. Determine as frações molares na fase gasosa, na situação de equilíbrio, e avalie se o processo é viável. Espécie H°298 (kJ.mol -1 ) Cpmédio [J/(mol.K)] CH4(g) -74,8 35,3 O2(g) 0 29,4 N2(g) 0 29,1 H2O(g) -241,8 34,4 CO2(g) -393,5 37,1 4 Questão 28 – (GRILLO) Hidrogênio gasoso pode ser produzido a partir da reação entre carvão e vapor d'água, como mostra a reação: C(s) + H2O(g) → CO(g) + H2(g). a) Calcule o ∆G0 para esta reação a 25°C. b) Calcule o Kp para esta reação a 25°C. c) Esta reação ocorre espontaneamente sob estas condições? Se não, a que temperatura ela se tornará espontânea? Dados (valores aproximados): Constante dos gases Ideais (R) = 8,314 J/K.mol. H2O(g) → ∆H 0 f = -241,8 kJ/mol, ∆S 0 f = +188,8 J/K.mol e ∆G 0 f = -228,6 kJ/mol (298,15K). CO(g) → ∆H 0 f = -110,5 kJ/mol, ∆S 0 f = +197,7 J/K.mol e ∆G 0 f = -137,2 kJ/mol (298,15K). H2(g) → ∆H 0 f = 0 kJ/mol, ∆S 0 f = +130,684 J/K.mol e ∆G 0 f = 0 kJ/mol (298,15K). C(s) → ∆H 0 f = 0 kJ/mol, ∆S 0 f = +5,740 J/K.mol e ∆G 0 f = 0 kJ/mol (298,15K). Questão 29 – (IFRJ - Concurso para docente) Considere a seguinte reação de decomposição do pentóxido de dinitrogênio a uma temperatura T, bem como a tabela de dados termodinâmicos das substâncias envolvidas na respectiva reação: 2 N2O5(g) ⇄ 4 NO2(g) + O2(g). Tabela 1. Calor padrão de formação e entropia molar padrão a pressão de 1,0 bar e temperatura de 298K. Substâncias ΔHformação (kJ.mol -1 ) ΔS (J.K -1 .mol -1 ) N2O5(g) 11,0 356,0 NO2(g) 33,1 240 O2(g) 0 205,1 Dados: Constante dos gases ideais: 0,08206 atm.L/mol.K = 8,314 J/mol.K. a) Ao adicionar-se 0,430 mol de N2O5(g), na temperatura T, em um frasco de 5,0 litros, a concentração de equilíbrio obtida para o NO2(g) é de 0,168 mol/L. Determine a constante de equilíbrio da reação na temperatura considerada. b) Calcule a constante de equilíbrio da reação a temperatura de 298 K e preveja, com justificativa, se a temperatura T, em que a reação do item A se processa, é maior ou menor que 298 K. Para essa reação na temperatura T, considere Kp = 1,80 x 10 4 Kc. c) Discuta de que forma a pressão afeta a decomposição do pentóxido de dinitrogênio. Questão 30 – (IFRJ - Concurso para docente) Um mol de um gás ideal monoatômico, com capacidade calorífica molar a volume constante iguala a (3R/2), realiza o ciclo reversível, representado na figura abaixo. Para esse processo, sabendo que durante a transformaçãoC são liberados 20,0 kJ sob a forma de calor, determine: a) A temperatura em cada um dos estados (1, 2 e 3) do ciclo; b) Q, W, ΔU e ΔH para cada transformação (A, B e C) do ciclo; c) Q, W, ΔU e ΔH para o ciclo completo. Dados: Constante dos gases ideais: 0,08206 atm.L/mol.K = 8,314 J/mol.K; 1 atm = 101,325 kPa; 1 m³ = 1000 litros. Questão 31 – (IFRJ – Concurso para docente) Uma massa de 1,37 gramas de amônia no estado gasosos, está confinada em um recipiente de volume correspondente a 5,00 litros e a temperatura de 100 ° C. Então: a) Comprove que, nessas condições, o gás se comporta idealmente. Dados: Constante de Vander Waals para o NH3: a = 4,169 atm.L².mol² e b = 3,710 x 10 -2 L.mol -1 . Esse gás sofre o seguinte processo em duas etapas: Etapa 1: Expansão isotérmica até 20,0 litros; Etapa 2: Compressão isobárica até atingir a temperatura de 10,0 o C. Para esse processo, determine a variação de: b) Energia interna do gás; c) Entalpia; d) Entropia. Dados: Cp = 29,75 + 2,51 x 10 -2 .T – (1,55 x 10 5 /T²) J.mol -1 .K -1 . Questão 32 - (IME) Uma fábrica de cal (CaO) necessita reduzir o custo da produção para se manter no mercado com preço competitivo para seu produto. A direção da fábrica solicitou ao departamento técnico o estudo da viabilidade de reduzir a temperatura do forno de calcinação de carbonato de cálcio, dos atuais 1500K para 800K. Considerando apenas o aspecto termodinâmico, pergunta-se: O departamento técnico pode aceitar a nova temperatura de calcinação? Em caso afirmativo, o departamento técnico pode oferecer uma outra temperatura de operação que proporcione maior economia? Em caso negativo, qual é a temperatura mais econômica para se operar o forno de calcinação? Dados: ΔS o (J/mol.K) ΔH o (KJ/mol) CaCO3(s) 92,9 -1206,9 CaO(s) 39,8 -635,1 CO2(g) 213,6 -393.5 Observação: Desconsidere a variação das propriedades como a temperatura. 5 Questão 33 – (IFRJ - Concurso para docente) Num recipiente de 20 litros, inseriu-se 1,0 mol de bicarbonato de sódio. Após algum tempo, estabeleceu-se o equilíbrio apresentado a seguir. Ao longo de todo o processo, a temperatura permaneceu constante, 25°C. Admitindo que todos os gases envolvidos apresentam comportamento de gás ideal, determine o seguinte: a) A variação da energia livre de Gibbs e a constante de equilíbrio para o sistema na temperatura em questão; b) Quantidade de matéria de todos os componentes no equilíbrio. Questão 34 – (IFRJ – Concurso para docentes) Uma amostra de 10,0 gramas de cromo é aquecida através de um processo isobárico, passando da temperatura de 20 ° C para 210 ° C. Considere estes dados: calor específico do cromo representado, aproximadamente, pela equação c = 5,20 + 2,20 x 10 -3 .T - 0,40 x 10 5 /T² em cal.g -1 .K -1 e observe as equações para calcular: a) O calor e o trabalho durante o aquecimento do cromo; b) As variações de energia interna e de entalpia; c) A variação de entropia que acompanha o processo. Questão 35 – (GRILLO) Em um recipiente de 20 litros, mantém-se uma mistura dos gases SO2, SO3 e O2 a uma temperatura cuja constante de equilíbrio (Kc) tem o valor de 280. a) Escreva a equação que representa a reação química em equilíbrio; b) Escreva as expressões para as constantes de equilíbrio Kc e Kp; c) Se, nas condições até agora apresentadas (v = 20 litros, Kc = 280 e T = 727 ° C), existem no recipiente as seguintes quantidades: 50 mol de SO2, 150 mol de SO3 e 75 mol de O2, verifique se a mistura se encontra em equilíbrio. Justifique sua resposta; d) Caso as condições do item anterior (item c) mostrem que os gases na reação não estão em equilíbrio, que variações se devem introduzir nas quantidades das substâncias da reação para que se estabeleça o equilíbrio? e) Sabendo que a reação solicitada no item a é exotérmica, explique que alterações sofrerá o equilíbrio químico se: I) a temperatura do sistema for diminuída. II) o volume do recipiente for aumentado. III) O2 for adicionado ao sistema. IV) ocorrer uma redução da pressão. Questão 36 – (Olimpíada Americana de Química - 2001) Fe2O3(s) + 3/2 C(s) → 3/2 CO2(g) + 2 Fe(s) ΔH° = + 234,1 kJ C(s) + O2(g) → CO2(g) ΔH° = - 393,5 kJ Use estas equações e os valores da entalpia padrão (ΔH°) para calcular ΔH° para a seguinte reação: 4 Fe(s) + 3 O2(g) → 2 Fe2O3(s). a) – 1648,7 kJ b) – 1255,3 kJ c) – 1021,2 kJ d) – 129,4 kJ Questão 37 – (IME) Uma mistura de metano e ar atmosférico, a 298K e 1atm entre em combustão num reservatório adiabático, consumindo completamente o metano. O processo ocorre a pressão constante e os produtos formados (CO2, H2O, N2 e O2) permanecem em fase gasosa. Calcule a temperatura final do sistema e a concentração molar final de vapor d’água, sabendo-se que a pressão inicial do CH4 é de 1/16atm e a do ar é de 15/16atm. Considere o ar atmosférico constituído somente por N2 e O2 e o trabalho de expansão desprezível. Dados: Constante universal dos gases: R = 0,082 atm.L.mol -1 .K -1 . Entalpia de formação a 298K: CO2(g) = -98050cal/mol H2O(g) = -57800cal/mol CH4(g) = -17900cal/mol Variação de entalpia (HºT - Hº298K) em cal/mol: T(K) CO2(g) H2O(g) N2(g) O2(g) 1.700 17.580 13.740 10.860 11.470 2.000 21.900 17.260 13.420 14.150 Questão 11 – (IME) Num reator selado de 1,5 litros, sob vácuo, certo volume de um composto orgânico, tóxico e volátil, de peso molecular 126, foi aquecido até 600 K. Nesta temperatura, metade do composto original se decompôs, formando monóxido de carbono e cloro. Se a pressão final no recipiente foi de 32,8 atm, determine: a) a fórmula estrutural plana do composto orgânico original; e b) o número inicial de moléculas do composto orgânico. Questão 38 – Calcule a temperatura adiabática de chama da queima de metano (CH4) a 1 atm com a) oxigênio puro; b) ar. Dados: Os reagentes entram a 298K. CH4: Cpm = 9,9 cal/mol; ∆H298= -17895 cal/mol.K O2: Cpm = 9,2 cal/mol; ∆H298= 0 cal/mol.K N2: Cpm = 6,0 cal/mol ; ∆H298= 0 cal/mol.K H2O: Cpm = 10,0 cal/mol; ∆H298= -57798 cal/mol.K CO2: Cpm = 14,8 cal/mol; ∆H298= -94050 cal/mol.K Questão 39 – (IME) Considerando o sistema em equilíbrio de água líquida, gelo e vapor d’água, pede-se o número de componentes e o número de graus de liberdade do sistema. Justifique as respostas. 6 Questão 40 – (IME - MODIFICADA) Calcule o valor da variação da energia livre e da constante de equilíbrio, a 25 ° C, para a reação a seguir: 2 Na2O2(s) + 2 H2O(l) → 4 NaOH(s) + O2(g). Questão 41 - Calcule a temperatura adiabática de chama da queima completa de um gás natural contendo metano puro a 1 atm com: a) oxigênio puro; b) ar atmosférico. Questão 42 - (IME) Que quantidade de calor é liberada por uma reação química que é capaz de elevar 20 ° C para 28 ° C à temperatura de 2 kg de água? Dado: calor específica da água = 1 cal/g. ° C. Questão 43 - (ITA) A 25ºC e pressão de 1 atm, a queima completa de um mol de n-hexano produz dióxido de carbono e água no estado gasoso e libera 3883 kJ, enquanto que a queima completa da mesma quantidade de n-heptano produz as mesmas substâncias no estado gasoso e libera 4498 kJ. a) Escreva as equações químicas, balanceadas, para as reações de combustão em questão; b) Utilizando as informações fornecidas no enunciado desta questão, faça uma estimativa do valor do calor de combustão do n-decano. Deixe claro o seu raciocínio; c) Caso a água formada na reação de combustão do estado líquido, a quantidade de calor liberado seria MAIOR, MENOR OU IGUAL a 3383 kJ? Por quê? Questão 44 - (IME) A entalpia de fusão de uma determinada substância é 200 kJ.kg -1 , e seu ponto de fusão normal é 27°C. Após a solidificação de 3 kg do material, pode-se afirmar que a entalpia dessesistema: a) Diminui 2 kJ.K-1 b) Diminui 600 kJ.K-1 c) Não variou d) Aumentou 2 kJ.K-1 e) Aumentou 600 kJ.K-1 Questão 45 - (IME) 100 gramas de água líquida foram aquecidos utilizando o calor liberado na combustão de 0,25 gramas de etanol. Sabendo que a variação da temperatura da água foi de 12,5 ° C, assinale a alternativa que apresenta o valor correto para a entalpia molar de combustão do etanol. Considere que a capacidade calorífica da água é igual a 4,18 kJ.kg -1 . o C -1 e que a energia liberada na combustão do etanol foi utilizada exclusivamente no aquecimento da água. a) -961 kJ b) -5,2 kJ c) +4,2 kJ d) + 5,2 kJ e) + 961 kJ Questão 46 - (IME) Metanol pode ser sintetizado diretamente a partir do monóxido de carbono e hidrogênio. Sabendo-se que os calores de combustão do monóxido de carbono e do metanol, a 25ºC, são, respectivamente, - 283,12 kJ.mol -1 e - 726,97 kJ.mol -1 , calcule o calor de reação na formação de 2,0 gramas de metanol a 25ºC, pela reação de hidrogenação direta do monóxido de carbono. Dados: calores de formação a 25°C: (ΔH°f)CO2 = - 393,70 kJ.mol -1 ;(ΔH°f)H2O = - 281,79 kJ.mol -1 . Questão 47 – (IME) O tetracloreto de carbono é um composto orgânico apolar, líquido à temperatura ambiente. Dentre outras aplicações, foi amplamente utilizado no século passado como solvente, como pesticida e na síntese de agentes refrigerantes. Seu emprego comercial, entretanto, foi progressivamente reduzido quando se tornaram evidentes os seus efeitos a saúde humana e ao meio ambiente. Estudos constataram que a inalação é a principal via de exposição ao tetracloreto de carbono para trabalhadores e para a população em geral em razão de sua pressão de vapor relativamente elevada e de sua lenta degradação no ambiente. Supondo que as energias livres padrão de formação (ΔG°f) do tetracloreto de carbono, nos estados líquido e vapor a 25°C, sejam – 68,6 kJ.mol -1 e – 64,0 kJ.mol -1 respectivamente, determine a sua pressão de vapor, à mesma temperatura, em função da constante e (número de Neper). Questão 48 - (IME) Em um gráfico de pressão versus volume, represente o diagrama do ciclo idealizado por Carnot (máquina térmica) para uma transformação cíclica, ininterrupta, e sem perdas de calor e trabalho, e vice-versa. Identifique e denomine as quatro etapas dessa transformação cíclica. Questão 49 - (IME) Considere o diagrama de fase hipotético representado esquematicamente na figura ao lado. O que representa os pontos A, B, C, D e E? Substância Entalpia de formação a 25 o C (KJ/mol) S o a 25 o C (J/mol.K) H2O(l) -285,00 69,69 Na2O2(s) -510,90 94,60 NaOH(s) -426,80 64,18 O2(g) 0,00 205,00 Espécie H°298 (kJ.mol -1 ) Cpmédio [J/(mol.K)] CH4(g) -74,8 35,3 O2(g) 0 29,4 N2(g) 0 29,1 H2O(g) -241,8 34,4 CO2(g) -393,5 37,1
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