Exercícios - Termoquimica e Transição de fases (com resolução)

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Universidade Federal de Alfenas 
Instituto de Química 
Físico-Química – 2021 
 
 
1º PRINCÍPIO – TRANSIÇÕES DE FASES E TERMOQUÍMICA – EXERCÍCIOS 
 
1. Escrever as equações termoquímicas correspondentes à entalpia de formação das seguintes substâncias: 
a) Ba(NO3)2(s) b) Na3PO4(s) c) C4H10(g) d) HClO4(l) e) C2H5NH2(l) f) C6H5COOH(s) 
 
2. Escrever as equações termoquímicas correspondentes à entalpia de combustão das seguintes substâncias: 
a) H2(g) b) C(graf) c) C4H10(g) d) C2H5OH(l) e) C6H5NH2(l) f) ) C6H5COOH(s) 
 
3. A partir dos dados abaixo determine o ΔH da reação N2O (g) + NO2 (g) → 3 NO (g) 
 N2 (g) + O2 (g) → 2 NO (g) ΔH = 180,7 kJ 
2 NO (g) + O2 (g) → 2 NO2 (g) ΔH = -113,1 kJ 
2 N2O (g → 2 N2 (g) + O2 (g) ΔH = -163,2 kJ 
 
4. Determinar a entalpia de combustão do etanol a partir dos dados: 
ΔfH etanol (l) = -275,9 kJ/mol 
ΔfH CO2(g)) = -393,5 kJ/mol 
ΔfH H2O(l)) = -285,8 kJ/mol 
 
5. A decomposição do bicarbonato de sódio (NaHCO3; PM = 84 g mol-1) produz carbonato de sódio, água e 
dióxido de carbono. A entalpia padrão dessa reação é 64,5 kJ mol-1. Qual é a variação de entalpia dessa reação 
quando 12,24 g de bicarbonato de sódio se decompõem? 
 
6. Determine o calor de formação de CS2(l) a partir das seguintes equações termoquímicas: 
Cgrafite + O2(g) → CO2(g) ΔrH° = -393,5 kJ mol-1 
Srômbico + O2(g) → SO2(g) ΔrH° = -296,8 kJ mol-1 
CS2(l) + 3 O2(g) → CO2(g) + 2 SO2(g) ΔrH° = -1076,7 kJ mol-1 
 
7. A partir dos dados são apresentados abaixo determinar a ΔfH° do diborano, B2H6(g), a 298 K: 
B2H6(g) + 3 O2(g) → B2O3(s) + 3 H2O(g) ΔrH° = -1941 kJ mol-1 
2 B(s) + 3/2 O2(g) → B2O3(s) ΔrH° = -2368 kJ mol-1 
H2(g) + ½ O2(g) → H2O(g) ΔrH° = -241,8 kJ mol-1 
 
8. Calcular a entalpia da reação de esterificação entre ácido acético e etanol. Dados: 
 
Substância ΔfH°(298 K)/(kJ mol-1) 
CH3COOH(l) -484,5 
C2H5OH(l) -277,7 
CH3COOC2H5(l) -479 
H2O(l) -285,8 
 
11. a) O ser humano produz, em média, cerca de 10 MJ de calor por dia devido a sua atividade metabólica. Se 
o corpo humano fosse um sistema isolado, de massa igual a 65 kg e de calor específico igual ao da água (4,2 J 
grau-1 g-1), qual seria a elevação de temperatura do corpo? 
b) O corpo humano é, na realidade, um sistema aberto e a evaporação da água é o principal mecanismo de 
perda de calor. Que massa de água deve ser evaporada por dia para se manter a temperatura do corpo constante? 
Dado: vapH° da água = 40,7 kJ mol-1. 
 
12. Calcular a entalpia de formação do propano (C3H8) a 298 K e 1 bar a partir dos seguintes dados: C3H8(g) 
C3H8(g) + 5 O2(g) → 3 CO2(g) + 4 H2O(l) ΔH° = -2220 kJ 
C(graf) + O2(g) → CO2(g) ΔH° = -393,5 kJ 
H2(g) + ½ O2(g) → H2O(l) ΔH° = -285,8 kJ 
 
13. Calcular o calor de formação do brometo de hidrogênio (HBr) a 1 000 K e 1 bar. Dados: 
½ H2(g) + ½ Br2(l) → HBr(g) H°298 = - 36,23 kJ 
Br2(l) → Br2(g) H°298 = + 30,71 kJ 
Capacidades caloríficas / (J∙K-1∙mol-1): HBr = 6,6; H2(g) = 7,0; Br2(g) = 8,4 
 
14. Calcular H e q quando 2 mols de água super-resfriada a -15 °C congelam-se irreversivelmente a -15 °C à 
pressão de 1 bar. Admitir que a capacidade calorífica da água líquida é constante e igual a 76,10 J K-1 mol-1 e 
a do gelo é igual a 37,15 J K-1 mol-1; fusH = 6,08 kJ/mol. 
 
 
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TRANSIÇÕES DE FASES E TERMOQUÍMICA – RESOLUÇÃO 
 
1. a) Ba(s) + N2(g) + 6 O2(g) → Ba(NO3)2(s) 
b) Na(s) + P (s) + 2 O2(g) → Na3PO4(s) 
c) 4 C(graf) + 5 H2(g) → C4H10(g) 
d) ½ H2(g) + ½ Cl2(g) + 2 O2(g) →HClO4(l) 
e) 2 C(graf) + 3,5 H2(g) + ½ N2(g) → C2H5NH2(l) 
f) 7 C(graf) + 3 H2(g) + O2(g) → C6H5COOH(s) 
 
2. a) H2(g) + ½ O2(g) → H2O(l) 
b) C(graf) + O2(g) → CO2(g) 
c) C4H10(g) + 6,5 O2(g) → 4 CO2(g) + 5 H2O(l) 
d) C2H5OH(l) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(l) 
e) C6H5NH2(l) + 7,5 O2(g) → 6 CO2(g) + 3,5 H2O(l) + NO2(g) 
f) ) C6H5COOH(s) + 7,5 O2(g) → 7 CO2(g) + 3 H2O(l) 
 
 
3. N2O (g → N2 (g) + ½ O2 (g) ΔH = -81,6 kJ 
 
NO2 (g) → NO (g) + ½ O2 (g) ΔH = +56,55 kJ 
N2 (g) + O2 (g) → 2 NO (g) ΔH = 180,7 kJ 
 
N2O (g) + NO2 (g) → 3 NO (g) ΔH = 155,65 kJ 
 
4. Reação de combustão do etanol: C2H5OH(l) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(l) 
 
∆𝑐𝐻
𝑜 = 2 × �̅�𝐶𝑂2
𝑜 + 3 × �̅�𝐻2𝑂
𝑜 − �̅�𝐶2𝐻5𝑂𝐻
𝑜 − 3 × �̅�𝑂2
𝑜 
 
∆𝑐𝐻
𝑜 = 2 × (−393,5
𝑘𝐽
𝑚𝑜𝑙
) + 3 × (−285,8
𝑘𝐽
𝑚𝑜𝑙
) − (−275,9
𝑘𝐽
𝑚𝑜𝑙
) = −𝟏𝟑𝟔𝟖, 𝟓 𝒌𝑱/𝒎𝒐𝒍 
 
 
5. Equação termoquímica: NaHCO3(s) → ½ Na2CO3(s) + ½ H2O(l) + ½ CO2(g) H
o = 64,5 kJ/mol 
Entalpia é uma propriedade extensiva, portanto é proporcional à quantdade de sistema (NaHCO3(s)). 
Assim: 
 
84 g NaHCO3(s) ------ 64,5 kJ/mol 
12,24 g NaHCO3(s) ------ x onde x = 9,4 kJ 
 
6. Reação e equação termoquímica: Cgrafite + 2 Srômbico → CS2(l) ΔfH° = 
 
CO2(g) + 2 SO2(g) → CS2(l) + 3 O2(g) ΔrH° = +1076,7 kJ 
Cgrafite + O2(g) → CO2(g) ΔrH° = -393,5 kJ 
2 Srômbico + 2 O2(g) → 2 SO2(g) ΔrH° = -593,6 kJ 
 
Cgrafite + 2 Srômbico → CS2(l) ΔrH° = 89,6 kJ/mol 
 
7. Reação e equação termoquímica: 2 B(s) + 3 H2(g) → B2H6(g) ΔfH° = ? 
2 B(s) + 3/2 O2(g) → B2O3(s) ΔrH° = -2368 kJ mol-1 
3 H2(g) + 1,5 O2(g) →3 H2O(g) ΔrH° = -725,4 kJ mol-1 
 B2O3(s) + 3 H2O(g → B2H6(g) + 3 O2(g) ΔrH° = +1941 kJ mol-1 
 
2 B(s) + 3 H2(g) → B2H6(g) ΔfH° = -1152,4 kJ/mol 
 
 
 
 
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8. Reação de esterificação entre ácido acético e etanol: 
 
CH3COOH(l) + C2H5OH(l) → CH3COOC2H5(l) + H2O(l) ΔfH° = ? 
 
∆𝑟𝐻
𝑜 = �̅�𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐶2𝐻5
𝑜 + �̅�𝐻2𝑂
𝑜 − �̅�𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻
𝑜 − �̅�𝐶2𝐻5𝑂𝐻
𝑜 
 
∆𝑟𝐻
𝑜 = ∆𝑓𝐻𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐶2𝐻5
𝑜 + ∆𝑓𝐻𝐻2𝑂
𝑜 − ∆𝑓𝐻𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻
𝑜 − ∆𝑓𝐻𝐶2𝐻5𝑂𝐻
𝑜 
 
∆𝑟𝐻
𝑜 = −479
𝑘𝐽
𝑚𝑜𝑙
+ (−285,8
𝑘𝐽
𝑚𝑜𝑙
) − (−484,5
𝑘𝐽
𝑚𝑜𝑙
) − (−277,7
𝑘𝐽
𝑚𝑜𝑙
) 
 
∆𝒓𝑯
𝒐 = −𝟐, 𝟔 𝒌𝑱/𝒎𝒐𝒍 
 
 
11. a) 𝑞 = 10 𝑀𝐽 = 1,0 × 107 𝐽 
 
𝑐 =
𝑞
𝑚∆𝑇
 ∴ ∆𝑇 =
𝑞
𝑚𝑐
=
1,0×107 𝐽
65000 𝑔×4,2 𝐽 𝑔𝑟𝑎𝑢−1 𝑔−1
= 𝟑𝟔, 𝟔 𝒈𝒓𝒂𝒖 (∆𝑇 = 36,6 °𝐶 𝑜𝑢 ∆𝑇 = 36,6 𝐾) 
 
b) vapH° da água = 40,7 kJ mol
-1 = para evaporar 1 mol de água (18 g) são necessários 40700 J. 
Assim temos: 
 
 40 700 J ---- 18,0 g de água 
10 000 000 J ---- x g de água onde x = 4,422,6 g de água ≈ 4,42 kg de água 
 
 
12. Reação e equação termoquímica: 3 C(graf) + 4 H2(g) → C3H8(g) ΔfH° = ? 
 Para resolver a questão devemos inverter a reação de combustão do propano (equação 1), 
multiplicar por 3 a reação de formação do CO2 (equação 2) e multiplicar por 4 a reação de 
formação da água (reação 3). 
3 CO2(g) + 4 H2O(l) → C3H8(g) + 5 O2(g) ΔH° = +2220 kJ 
3 C(graf) + 3 O2(g) → 3 CO2(g) ΔH° = - 1180,5 kJ 
4 H2(g) + 2 O2(g) → 4 H2O(l) ΔH° = -1143,2 kJ 
 
3 C(graf) + 4 H2(g) → C3H8(g) ΔfH° = -103,7 kJ/mol 
 
13. Para resolver este exercício deve-se calcular ∆𝐻298𝐾
𝑜 , ∆𝐶𝑝 e posteriormente usar a equação 
∆𝐻𝑇
𝑜 = ∆𝐻298𝐾
𝑜 + ∆𝐶𝑝(𝑇 − 298 𝐾) 
Cálculo de ∆𝐻298𝐾
𝑜 : 
Reação de formação do HBr(g): ½ H2(g) + ½ Br2(g) → HBr(g) H°298 = ? 
Para se chegar a essa equação, devemos manter a equação 1 e inverter e dividir a equação 2 por 2: 
½ H2(g) + ½ Br2(l) → HBr(g) H°298 = - 36,23 kJ 
½ Br2(g) → ½ Br2(l) H°298 = - 15,36 kJ 
 
½ H2(g) + ½ Br2(g) → HBr(g) H°298 = -51,59 kJ/mol 
 
Cálculode ∆𝐶𝑝: 
∆𝐶𝑝 = ∑ 𝜈𝑖𝐶𝑝𝑖 = 𝐶𝑝𝐻𝐵𝑟(𝑔) − 0,5𝐶𝑝𝐻2(𝑔) − 0,5𝐶𝑝𝐵𝑟2(𝑔) = 
 
∆𝐶𝑝 = 6,6 J K
−1mol−1 − 3,5 J K−1mol−1 − 4,2 J K−1mol−1 = −𝟏, 𝟏 𝐉 𝐊−𝟏𝐦𝐨𝐥−𝟏 
 
Cálculo de ∆𝐻1000𝐾
𝑜 : 
∆𝐻1000𝐾
𝑜 = ∆𝐻298𝐾
𝑜 + ∆𝐶𝑝(1000 𝐾 − 298 𝐾) 
 
∆𝐻1000𝐾
𝑜 = −51 590 𝐽𝑚𝑜𝑙−1 − 1,1 𝐽 𝐾−1𝑚𝑜𝑙−1 + (1000 𝐾 − 298 𝐾) = −52362,2 𝐽𝑚𝑜𝑙−1 
 
∆𝑯𝟏𝟎𝟎𝟎𝑲
𝒐 = −𝟓𝟐, 𝟑𝟔 𝒌𝑱 𝒎𝒐𝒍−𝟏 
 
 
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14. Como a transição de fase ocorre fora da temperatura normal de transição (portanto trata-se de um 
processo irreversível; é o mesmo que ocorre quando uma cerveja “estupidamente gelada” – ou um 
refrigerante – congela de repente na garrafa quando você a manipula) não temos uma equação 
específica para calcular diretamente a variação de uma função de estado do sistema (neste caso, H). 
Temos, portanto, de recorrer a um processo alternativo, que ocorre por outro caminho e que conduza 
o sistema desde o mesmo estado inicial ao mesmo estado final. O Caminho alternativo envolve H1, 
trsH e H2, representado abaixo. 
 
 
 
Cálculos: 
ΔH1 = 𝑛𝐶𝑝Δ𝑇 = 2 𝑚𝑜𝑙 × 75,30 J 𝐾
−1 𝑚𝑜𝑙−1(273 𝐾 − 258 𝐾) = 2259,0 𝐽 
 
Δ𝑡𝑟𝑠H = 𝑛Δ𝑡𝑟𝑠𝐻 = 𝑛Δ𝑓𝑢𝑠𝐻 = 2 𝑚𝑜𝑙 × (−6080,0 J 𝑚𝑜𝑙
−1) = −12160 𝐽 
 
ΔH2 = 𝑛𝐶𝑝Δ𝑇 = 2 𝑚𝑜𝑙 × 37,15 J 𝐾
−1 𝑚𝑜𝑙−1(258 𝐾 − 273 𝐾) = −1114,5 𝑘𝐽 
 
Δ𝐻 = Δ𝐻1 + Δ𝑓𝑢𝑠H + Δ𝐻2 = 2283 𝐽 + (−12020 𝐽) + (−1114,5 𝐽) = −11015,5 𝐽 ≅ −𝟏𝟏, 𝟎𝟐 𝒌𝑱