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173PROMILITARES.COM.BR TERMOQUÍMICA ENTALPIA REAÇÕES ENDOTÉRMICAS E EXOTÉRMICAS TERMOQUÍMICA É a parte da Termodinâmica que estuda as trocas térmicas verificadas entre as transformações físicas ou químicas, com ou sem alteração da natureza química da substância, à pressão constante (transformação isobárica) e numa dada temperatura e suas vizinhanças (o meio exterior envolvente). ENTALPIA(H) Avalia o conteúdo energético armazenado por um sistema numa transformação à pressão constante e numa dada temperatura. Observação Por ser um conteúdo energético, a entalpia deve ser expressa em unidades que são usadas para a medição do trabalho e energia (Joule, Caloria, etc). É muito frequente a associação entre a quantidade de energia com a quantidade de matéria (Joule/mol, Caloria/grama, etc). VARIAÇÃO DE ENTALPIA (∆H) Por se tratar de uma função de estado, a entalpia não é uma grandeza absoluta, logo esta precisa ser medida entre dois pontos (instantes) da transformação analisada. Sendo assim é comum falarmos de variação de entalpia. Quando nos referimos a algum valor de entalpia pontual, é porque foi arbitrariamente escolhido um valor que servirá como referencial. ∆H = H(estado final) – H(estado inicial) Cálculo do ∆H de uma dada transformação: Considere a transformação representada pela equação abaixo: (x)A + (y)B → (z)C + (w)D, onde x, y, z e w representam os coeficientes (número de mols) de cada espécie participante da transformação. ∆H = H(estado final) – H(estado inicial) = ∑ H(produtos) – ∑ H(reagentes) ∆H =[(z) HC+(w) HD] – [(x) HA +(y) HB] REAÇÕES ENDOTÉRMICAS PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS ABSORVE CALOR H(PRODUTOS) > H(REAGENTES) DH > 0 Equação Termoquímica H2(g) + I2(g) → 2HI(g) ∆H = +12,4 Kcal 4C(grafite) + S8(rômbico) → 4CS2() ∆H = +12,4 Kcal REAÇÕES EXOTÉRMICAS PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS LIBERA CALOR H(PRODUTOS) > H(REAGENTES) DH < 0 Equação Termoquímica 1/2H2(g) + 1/2Br2(g) → 2HBr(g) ∆H = -8,7 Kcal CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + H2O() ∆H = -212 Kcal.mol-1 Liberam calor O ambiente é aquecido Absorvem calor O ambiente se resfria Termoquímica Processos Exotérmicos Processos Endotérmicos REPRESENTAÇÃO GRÁFICA: 174 TERMOQUÍMICA PROMILITARES.COM.BR ENERGIA DE ATIVAÇÃO (EAT) É uma quantidade de energia absorvida pelas moléculas dos reagentes necessária para promover a quebra de ligações químicas que originará a formação das moléculas dos produtos. En er gi a (k J/ m ol ) ∆H Ea Complexo ativado Coordenada de reação Exercício Resolvido 01. Considere a representação gráfica abaixo: 0 226 560 H2(g) + 2C (grafite) C2H2(g) H(kJ) Caminho da Reação Determine: a) A variação de entalpia da reação. b) O valor da energia de ativação da reação. Resolução: a) ∆H = HP – HR = (226) – (0) = + 226 Kj b) Eat = H(complexo ativado) – HR = (560) – (0) = + 560kJ TIPOS DE CALORES OU ENTALPIAS ENTALPIA DE FORMAÇÃO REAÇÃO DE FORMAÇÃO É a síntese total de uma determinada substância, ou seja, é a obtenção da substância a partir de substâncias elementares (substâncias simples). Exemplo: Formação da Amônia (NH3) - N2 + 3H2 → 2NH3 ESTADO PADRÃO É o estado físico e/ou alotrópico de maior abundância de uma determinada substância na pressão e temperatura consideradas para a reação. Exemplos: SUBSTÂNCIA PADRÃO A 1 ATM E 25OC FORA DO PADRÃO A 1 ATM E 25OC Água H2O() A água nos estados físicos sólido e gasoso. Dióxido de Carbono CO2(g) O dióxido de carbono nos estados físicos sólido e líquido. Oxigênio O2(g) O oxigênio nos estados físicos sólido e líquido como também o ozônio (O3) em todos os seus estados físicos. Carbono Cgrafite(s) O diamante em todos os seus estados físicos como também o grafite nos estados líquido e gasoso. ENTALPIA PADRÃO DE FORMAÇÃO (∆HF O) É a variação de entalpia de uma reação de formação de 1 mol de uma substância numa dada pressão e temperatura em que todas as substâncias da mesma se encontram nas condições padrão. Exemplos: SUBSTÂNCIA EQUAÇÃO TERMOQUÍMICA Água H2(g) + 1/2O2(g) → H2O() ∆HF o = –68,3Kcal. mol-1 Dióxido de Carbono C(grafite) + O2(g) → CO2(g) ∆HF o = –94,1Kcal.mol-1 Amônia 1/3H2(g) + 1/2N2(g) → NH3(g) ∆HF o = –11,04Kcal.mol-1 Ácido Sulfúrico H2(g) + S(rômbico) +2O2(g) → H2SO4() ∆HF o = –193,9Kcal.mol-1 Glicose 6H2(g) + 3O2(g) + 6C(grafite) → C6H12O6(s) ∆HF o = –1271Kcal.mol-1 Obs.: Esses valores de ∆H são obtidos a 1 atm e 25°C. Relação entre entalpia e estado físico: ∆HF (sólido) < ∆HF (líquido) < ∆HF (gasoso) H2O(v) Entalpia (H) H2O() H2O(s) ∆Hsublimação = – 51,2 kJ ∆Hvaporização = + 43,9 kJ ∆Hliquefação = – 43,9 kJ ∆Hsolidificação = – 7,3 kJ ∆Hfusão = + 7,3 kJ ∆Hsublimação = + 51,2 kJ A Entalpia de formação de uma substância elementar no estado padrão é sempre igual a ZERO. 175 TERMOQUÍMICA PROMILITARES.COM.BR Entalpia de Formação (Hf) nos casos de alotropia 0 _ _ grafite diamante _ _0 rômbico monoclínico _ _0 P4(branco) (P4)n(vermelho)_ _0 O2(oxigênio) O3(ozônio)>0 >0 >0 >0 Carbono Enxofre(S8) Oxigênio Fósforo ENTALPIA PADRÃO DE COMBUSTÃO (∆HC O) É a variação de entalpia de uma reação de combustão total de 1 mol de uma substância, combustível, numa dada pressão e temperatura em que todas as substâncias da mesma se encontram nas condições padrão. Exemplos: SUBSTÂNCIA COMBUSTÍVEL EQUAÇÃO TERMOQUÍMICA Hidrogênio H2(g) + 1/2O2(g) → H2O() ∆HC o = -68,3Kcal.mol-1 Carbono C(grafite) + O2(g) → CO2(g) ∆HC o = -94,1Kcal.mol-1 Metano CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + H2O() ∆HC o = -212Kcal.mol-1 Etanol C2H6O() + 3O2(g) → 2CO2(g) +3H2O() ∆HC o = -326,5Kcal.mol-1 Glicose C6H12O6(s) + 6O2(g) → 6CO2(g) +6H2O() ∆HC o = -673Kcal.mol-1 Obs.: Esses valores de ∆H são obtidos a 1 atm e 25°C. PODER CALORÍFICO DE UM COMBUSTÍVEL É a quantidade calor liberada na combustão de uma substância ou mistura combustível pelo consumo de uma unidade de massa da mesma. Exemplos: COMBUSTÍVEL PODER CALORÍFICO (KJ.KG-1) Gasolina 45000 Petróleo 44000 Gás Natural 42000 Carvão 27000 Madeira Seca 19000 Exercício Resolvido 02. O calor de combustão do benzeno é igual a 781Kcal.mol-1. Determine: a) O poder calorífico do benzeno em Kcal.g-1. b) O valor da entalpia de formação do benzeno, em Kcal.mol-1. c) Considerando que benzeno e hexano apresentam densidades iguais, qual o volume de benzeno capaz de liberar a mesma quantidade de calor liberada por 100 Litros de hexano? Dados: Entalpias Padrão de Formação: Dióxido de carbono gasoso = –94 Kcal.mol-1. Água Líquida = –68 Kcal.mol-1. Entalpia de Combustão do Hexano = –996Kcal.mol-1. Resolução: a) Benzeno:C6H6 → Massa molar = 6(12) + 6(1) = 78 gmol -1. 1mol → 78g à 781 kcal 1g → Pc Pc = 781/78 = 10,01 kcal.g-1. b) Reação de combustão do benzeno: C6H6() + 15/2O2(g) → 6CO2(g) + 6H2O() ∆H = HP –HR = [6(-94) + 6(-68)] – [(H o f)benzeno – (0)] = -781 -972 –(Hof)benzeno = -781→ (H o f)benzeno = + 191 kcal.mol -1. ENTALPIA OU ENERGIA DE LIGAÇÃO (∆HL) É a quantidade de energia absorvida por 1mol de uma determinada substância, no estado gasoso, necessária para promover o rompimento de todas as suas ligações químicas. Exemplo: ácido propanoico C3H6O2(g) + ∆HL → 3C(g) + 6H(g) + 2O(g) H C H H C H H C O O H �HL = 5(C-H) + 2(C-C) + (C=O) +(O-H) Para quebrar Ligações → Absorção de Energia → Processo Endotérmico (+) Para formar Ligações → Liberação de Energia → Processo Exotérmico (-) 176 TERMOQUÍMICA PROMILITARES.COM.BR Valores de Algumas Energias de Ligação em KJ.mol-1: LIGAÇÃO ENERGIA DE LIGAÇÃO LIGAÇÃO ENERGIA DE LIGAÇÃO KCAL/MOL KJ/MOL KCAL/MOL KJ/MOL C – C 83,2 347,8 I – I 36,1 150,9 C = C 146,8 613,6 C – H 98,8 412,9 C ≡ C 200,6 838,5 C – O 85,5 357,4 H – H 104,2 435,5 C = O 178,0 744,0 O = O 119,1 497,8 O – H 110,6 462,3 N ≡ N 225,8 943,8 H – F 135,0 564,3 F – F 37,0 154,6 H – C 103,1 430,9 C – C 57,9 242,0 H – Br 87,4 365,3 Br – Br 46,1 192,7 H – I 71,4 298,4 ∆H de uma reação químicaem função dos valores das energias de ligação: �H somatóriodasenergias � detodas as ligaçõesrompidasnosreagentees de todas as ligações formadasnos � � � � � � � somatóriodasenergias pprodutos � � � � � � Obs.: Normalmente são fornecidos valores de energia ligação levando-se em conta somente o fenômeno de quebra ou de formação. Desta forma, se torna mais conveniente a expressão: �H somatóriodasenergias � detodas as ligaçõesrompidasnosreagentees de todas as ligações formadasnos � � � � � � � somatóriodasenergias pprodutos � � � � � � Exercício Resolvido 04. Determine a variação de entalpia da reação de hidrogenação total do acetileno (ou etino): C2H2(g) + 2H2(g) → C2H6(g) Sendo dados os seguintes valores de entalpias: I. Entalpia de formação da água líquida igual a -68 Kcal.mol-1. II. Entalpia de combustão do acetileno gasoso igual a -311 Kcal.mol-1. III. Entalpia de combustão do etano gasoso igual a -373 Kcal.mol-1. Resolução: Equações: IV. H2(g) + 1/2O2(g) → H2O() ∆H = -68 Kcal.mol -1. V. C2H2(g) + 5/2O2(g) → CO2(g) + H2O() ∆H = -311 Kcal.mol -1. VI. C2H6(g) + 7/2O2(g) → CO2(g) + H2O() ∆H = -373 Kcal.mol -1. Multiplicar a equação (I) por (II): 2H2(g) + O2(g) → 2H2O() ∆H =2(-68) = -136 Kcal.mol -1. Inverter a equação (II): CO2(g) + H2O() → C2H2(g) + 5/2O2(g) ∆H = +311 Kcal.mol -1. Repetir a equação (III): C2H6(g) + 7/2O2(g) → CO2(g) + H2O() ∆H = -373 Kcal.mol -1. _________________________________________________ C2H2(g) + 2H2(g) → C2H6(g) ∆H = (-136) + (+311) + (-373) = -198 Kcal.mol -1. Exercício Resolvido 03. Considerando os valores de energia de ligação da tabela acima, determine o ∆H da reação em kJ.mol-1: H2(g) + C2(g) → 2 HC(g) Resolução: ∆H = E(ligações quebradas) – E(ligações formadas) = [(H-H) + (C –C)] – [2(H-C)] = [(435,5) + (242,0)] – [2(430,9)] = –184,3 kJ.mol-1. OUTROS TIPOS DE CALORES OU ENTALPIAS ENTALPIA OU CALOR DE NEUTRALIZAÇÃO HC(aq) + NaOH(aq) → NaC(aq)+H2O() ∆H = –13,8 Kcal ENTALPIA OU CALOR DE DISSOLUÇÃO KNO3(s) + H2O() → KNO3(aq) → K+(aq) + NO3(aq) ∆H = +8,5 Kcal LEI DE HESS “A Variação de entalpia de uma reação química depende exclusivamente de seus estados final e inicial.” 177 TERMOQUÍMICA PROMILITARES.COM.BR EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. (UDESC 2016) A Termoquímica estuda a energia e o calor associados a reações químicas e/ou transformações físicas de substâncias ou misturas. Com relação a conceitos, usados nessa área da química, assinale a alternativa incorreta. a) A quebra de ligação química é um processo endotérmico. Já a formação de ligações são processos exotérmicos. Dessa forma, a variação de entalpia para uma reação química vai depender do balanço energético entre quebra e formação de novas ligações. b) A variação de energia que acompanha qualquer transformação deve ser igual e oposta à energia que acompanha o processo inverso. c) A entalpia H de um processo pode ser definida como o calor envolvido no mesmo, medido à pressão constante. A variação de entalpia do processo permite classificá-lo como endotérmico, quando absorve energia na forma de calor, ou exotérmico quando libera energia. d) O fenômeno de ebulição e o de fusão de uma substância são exemplos de processos físicos endotérmicos. e) A lei de Hess afirma que a variação de energia deve ser diferente, dependendo se um processo ocorrer em uma ou em várias etapas. 02. A produção de ferro, realizada em siderúrgicas, baseia-se de maneira genérica nas equações abaixo, onde a adição de carbonato de cálcio tem a função de retirar as impurezas, que interferem na qualidade do ferro obtido. (I) C O CO H (II) Minério CO Q Fe CO (III) CaCO � � � � � � � � �� � 2 2 3 2 0 3 2 3 � CaO CCO SiO CaSiO 2 2 4(IV) CaO� � Obs: O minério além de Fe2O3 (constituinte básico) possui somente o SiO2 como impureza. Sobre as reações pode-se afirmar que: a) IV é um deslocamento. b) II é uma dupla troca entre o oxigênio e o carbono. c) III é uma análise. d) II é um processo exotérmico. e) I é uma síntese endotérmica. 03. Considerando as transformações H O H O H O H OI II III2 2 2 2(s) ( ) (v) ( )� �� � �� � �� Conclui-se que ocorre transformação endotérmica apenas em: a) I. b) II. c) III. d) I e II. e) II e III. 04. O metano é um poluente atmosférico e sua combustão completa é descrita pela equação química balanceada e pode ser esquematizada pelo diagrama a seguir. Sobre este processo químico, podemos afirmar que: CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O() progresso da reação CO2 + 2H2O CH4 + 2O2 1215 75 965 en ta lp ia (k J/ m ol ) a) a variação de entalpia é -890 kJ/mol, e portanto é exotérmico. b) a entalpia de ativação é -1140 kJ/mol. c) a variação de entalpia é -1140 kJ/mol, e portanto, é endotérmico. d) a entalpia de ativação é 890 kJ/mol. e) a entalpia de ativação é -890 kJ/mol. 05. Considere os processos abaixo: x: gelo água y: mármore (CaCO3) → gesso (CaSO4) z: ferro → ferrugem Sobre estes processos são feitas as seguintes afirmações: I. x é exotérmico no sentido água gelo; II. y pode ocorrer por ação da chuva ácida; III. y é um fenômeno puramente físico; IV. z é uma reação de decomposição. É correto o que se afirma apenas em: a) I e II. b) I e IV. c) II e IV. d) I, II e III. e) II, III e IV. 06. Quando o benzeno queima na presença de excesso de oxigênio, a quantidade de calor transferida à pressão constante está associada à reação: C6H6() + 15/2 O2(g) → 6 CO2(g) + 3 H2O() O calor transferido nesta reação é denominado calor de combustão. Considere as reações: 6 C(grafite)+ 3 H2(g) → C6H6() ∆H = 49,0 kJ C(grafite) + O2(g) → CO2(g) ∆H = –393,5 kJ H2(g) +1/2 O2(g) → H2O() ∆H = –285,8 kJ O calor de combustão do benzeno, em kJ, será: a) 3267,4 b) 2695,8 c) –1544,9 d) –3267,4 e) –2695,8 07. Quando, nas condições padrão, a combustão total de álcool etílico produz 176 g de gás carbônico, são liberadas 653,62 kcal. Portanto, o calor da combustão completa desse álcool, em kcal/mol, é, em módulo: a) 14,21 b) 163,41 c) 326,81 d) 653,62 e) 1307,24 178 TERMOQUÍMICA PROMILITARES.COM.BR 08. (UFJF-PISM 2 2016) A entalpia de neutralização corresponde ao calor liberado quando 1 mol de íons H+ reage com 1 mol de íons OH- para a formação de 1 mol de H2O. Com relação às entalpias de neutralização das reações abaixo, escolha a opção correta. HC(aq) + KOH(aq) → KC(aq) + H2O() ∆H1 HBr(aq) + NaOH(aq) → NaBr(aq) + H2O() ∆H2 a) ∆H1 > 0 e ∆H2 < 0 b) ∆H1 = ∆H2 = 0 c) ∆H1 = ∆H2 < 0 d) ∆H1 < ∆H2 < 0 e) ∆H1 < 0 e ∆H2 > 0 09. (UECE 2018) Considerando a equação de formação da glicose não balanceada C + H2 + O2 → C6H12O6, atente às seguintes equações: I. C + O2 → CO2 ∆H = - 94,1 kcal II. H2 + 1/2 O2 → H2O ∆H = - 68,3 kcal III. C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O ∆H = - 673,0 kcal A massa de glicose formada a partir da reação de 14,4 g de carbono e sua entalpia de formação em kcal/mol serão, respectivamente, Dados: C = 12; H = 1; O = 16 a) 36 g e +301,4 kcal/mol b) 36 g e -301,4 kcal/mol c) 18 g e -201,4 kcal/mol d) 18 g e +201,4 kcal/mol 10. (UFRGS 2018) De acordo com a Lei de Hess, a variação de entalpia de uma reação depende apenas dos estados inicial e final. Considere as afirmações abaixo, sobre a Lei de Hess. I. A reação reversa de uma reação endotérmica é sempre exotérmica. II. A reação de combustão de um açúcar produzindo CO2 e água terá a mesma variação de entalpia, caso ocorra em um calorímetro ou no organismo humano. III. Um catalisador adequado propicia um caminho com menor diferença de entalpia entre reagente e produtos. Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas III. d) Apenas I e II. e) I, II e III. EXERCÍCIOS DE TREINAMENTO 01. (PUCSP 2017) Dado: ENERGIA DE LIGAÇÃO C-H C-C H-H 413 kJ·mol-1 346 kJ·mol-1 436 kJ·mol-1 A reação de hidrogenaçãodo etileno ocorre com aquecimento, na presença de níquel em pó como catalisador. A equação termoquímica que representa o processo é: C2H4 + H2(g) → C2H6(g) ∆H 0 = -137 kJ·mol-1 A partir dessas informações, pode-se deduzir que a energia de ligação da dupla ligação que ocorre entre os átomos de C no etileno é igual a: a) 186 kJ·mol-1 b) 599 kJ·mol-1 c) 692 kJ·mol-1 d) 736 kJ·mol-1 02. (FAC. PEQUENO PRÍNCIPE - MEDICI 2016) O corpo humano necessita de energia para a realização de suas funções vitais. Os carboidratos são fontes rápidas de energia e são degradados por enzimas digestivas e controlados principalmente pelo intestino até chegar à corrente sanguínea, visto que o organismo não é capaz de absorver moléculas maiores. A glicose usada na alimentação também é chamada de “açúcar no sangue”, pois é o açúcar mais simples que circula em nossas veias. No sangue humano, sua concentração é mantida entre 80 mg e 120 mg por 100 mL, pela ação de hormônios secretados pelo pâncreas. Se por doença ou falta prolongada de alimentação essa concentração diminuir (hipoglicemia), a pessoa deverá receber soro glicosado; se, pelo contrário, a concentração de glicose no sangue aumentar (hiperglicemia), a pessoa apresentará os sintomas da doença conhecida como diabetes e deverá receber medicamentos, como a insulina. A seguir é apresentada a equação química que representa a combustão da glicose. C6H12O6(aq) + 6 O2(g) → 6 CO2(g) + 6 H2O() Considerando as entalpias de reação em kJ/mol: (s) 2(g) 2(g) 6 12 6(aq) 1 2(g) 2(g) 2 (II) 2 2(g) (s) 2(g) 3 6C 3 O 6 H C H O H 1.263 1H O H O H 2862 CO C O H 394 + + → ∆ = − → ∆ = − → + ∆ = Dados: C = 12; H = 1; O = 16. A energia liberada pelo organismo na ingestão de 10 g de glicose é: a) 156,5 KJ b) 1.565 KJ c) 2364 KJ d) 236,4 KJ e) 2.817 KJ 03. (UNICAMP 2018) Em 12 de maio de 2017 o Metrô de São Paulo trocou 240 metros de trilhos de uma de suas linhas, numa operação feita de madrugada, em apenas três horas. Na solda entre o trilho novo e o usado empregou-se uma reação química denominada térmita, que permite a obtenção de uma temperatura local de cerca de 2.000 ºC. A reação utilizada foi entre um óxido de ferro e o alumínio metálico. De acordo com essas informações, uma possível equação termoquímica do processo utilizado seria: a) Fe2O3 + 2 A → 2 Fe + A2O3 ; ∆H = + 852 kJ·mol -1 b) FeO3 + A → Fe + AO3 ; ∆H = - 852 kJ·mol -1 c) FeO3 + A → Fe + AO3 ; ∆H = + 852 kJ·mol -1 d) Fe2O3 + 2 A → 2 Fe + A2O3 ; ∆H = - 852 kJ·mol -1 04. (UPF 2016) A transformação dos materiais está presente no setor produtivo e nos afazeres diários. Esses processos envolvem consumo e liberação de energia. A conversão da energia é uma das principais buscas da atual sociedade tecnológica. Analise as seguintes afirmativas, relacionadas aos processos que envolvem consumo e liberação de energia. I. A solidificação da água em gelo, em dias de inverno, nas temperaturas negativas, ocorre com liberação de energia. II. A equação Fe2O3(s) + 3 C(s) + energia → 2 Fe(s) + 3 CO2(g) representa a transformação do minério de ferro em ferro metálico, nas siderúrgicas, e é uma reação exotérmica. 179 TERMOQUÍMICA PROMILITARES.COM.BR III. A decomposição da sacarose é representada pela equação C12H22O11(s) + energia → 12 C(s) + 11 H2O(g) e necessita de absorção de energia para que a reação química ocorra. IV. A combustão do etanol nos carros é representada pela equação C2H5OH() + energia + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(g) e absorve uma grande quantidade de calor, em um processo endotérmico, que depois será utilizado para o movimento do carro. Está correto apenas o que se afirma em: a) I e II. b) II e III. c) I e IV. d) II, III e IV. e) I e III. 05. (MACKENZIE 2016) Considerando a reação de combustão completa de 1 mol de gás butano no estado-padrão e as informações existentes da tabela abaixo, assinale a alternativa que descreve a afirmação correta. SUBSTÂNCIA ENTALPIAS-PADRÃO DE FORMAÇÃO (kJ·mol-1) C4H10(g) -125,7 CO2(g) -393,5 H2O() -285,8 a) O valor da variação de entalpia desse processo é igual a -679,3 kJ. b) O somatório dos coeficientes estequiométricos para a equação que representa esse processo é de 26. c) A entalpia dos produtos é menor do que a entalpia dos reagentes, pois o processo é classificado termoquimicamente como endotérmico. d) O carbono existente no CO2 encontra-se em seu estado intermediário de oxidação, possuindo nox + 2. e) O valor da energia liberado nesse processo é de 2.877,3 kJ. 06. (UFJF-PISM 3 2017) Muitos dos gases poluentes do ar aparecem na atmosfera através de atividades humanas. Os mais comuns são CO, SO2, NO e NO2, na ordem de 100 milhões de toneladas por ano, sendo que a quantidade emitida desses gases ainda é pequena em relação à quantidade de CO2 presente no ar. Considere o diagrama de energia da reação entre NO2(g) e CO(g) produzindo NO(g) e CO2(g) a uma temperatura de 200 ºC. Com base no diagrama de energia apresentado, marque a alternativa que melhor compara a variação da concentração de NO2(g) com o tempo quando a temperatura variar de 200 para 600 ºC, após atingir o equilíbrio. a) b) c) d) e) 07. (UPF 2017) Analise a representação da equação simplificada e não balanceada da reação química do sequestro de oxigênio pela hidrazina. H2N - NH2(g) + O2(g) → N2(g) + H2O(g) Pode-se realizar uma estimativa da variação da entalpia dessa reação a partir dos dados de entalpia das ligações químicas (energia de ligação) envolvidas no processo, a pressão constante, conforme informações apresentadas no quadro a seguir: LIGAÇÃO ENERGIA DE LIGAÇÃO (kJ mol-1) N−H 389 N−N 163 N=N 514 N≡N 946 O−O 134 O=O 498 O−H 464 Acerca da reação de sequestro de oxigênio pela hidrazina e das informações apresentadas no quadro, analise as seguintes afirmativas: I. A variação da entalpia para a reação, envolvendo um mol de hidrazina, é -585 kJ mol-1, tratando-se de uma reação exotérmica. II. A hidrazina é classificada como uma base de Lewis devido ao fato de seus átomos de nitrogênio apresentarem pares de elétrons disponíveis. 180 TERMOQUÍMICA PROMILITARES.COM.BR III. A molécula de água apresenta geometria angular. IV. A variação da entalpia para a reação, envolvendo um mol de hidrazina, é +343 kJ mol-1, tratando-se de uma reação endotérmica. Está correto apenas o que se afirma em: a) I e III. b) I, II e III. c) II e IV. d) II, III e IV. e) II e III. 08. (UPE-SSA 2 2016) Uma nova marca de gás para fogão lançou, no mercado, um botijão com 13 kg de hidrocarbonetos, sendo 55% em massa de butano (C4H10) e 45% em massa de propano (C3H8). Desprezando possíveis perdas, qual o calor liberado no consumo de todo o conteúdo do recipiente? Dados: C = 12 g/mol; H = 1 g/mol; 2 C4H10(g) + 13 O2(g) → 8 CO2(g) + 10 H2O() ∆H 0 combustão = -2878 kJ/mol C3H8(g) + 5 O2(g) → 3 CO2(g) + 4 H2O() ∆H 0 combustão = -2222 kJ/mol a) 3,5 × 104 kJ b) 3,5 × 105 kJ c) 4,8 × 105 kJ d) 6,5 × 104 kJ e) 6,5 × 105 kJ 09. (Fuvest 2017) Sob certas condições, tanto o gás flúor quanto o gás cloro podem reagir com hidrogênio gasoso, formando, respectivamente, os haletos de hidrogênio HF e HC, gasosos. Pode- se estimar a variação de entalpia (∆H) de cada uma dessas reações, utilizando-se dados de energia de ligação. A tabela apresenta os valores de energia de ligação dos reagentes e produtos dessas reações a 25 ºC e 1 atm. MOLÉCULA H2 F2 C2 HF HC ENERGIA DE LIGAÇÃO (kJ/mol) 435 160 245 570 430 Com base nesses dados, um estudante calculou a variação de entalpia (∆H) de cada uma das reações e concluiu, corretamente, que, nas condições empregadas, a) a formação de HF(g) é a reação que libera mais energia. b) ambas as reações são endotérmicas. c) apenas a formação de HC(g) é endotérmica. d) ambas as reações têm o mesmo valor de ∆H. e) apenas a formação de HC(g) é exotérmica. 10. As “bolsas frias”, que servem como compressas térmicasno tratamento de lesões musculares, são, geralmente, fabricadas com recipientes de plástico, fisicamente divididos em dois compartimentos. Um destes contém nitrato de amônio (NH4NO3) e o outro água (H2O). Uma pequena compressão no recipiente provoca o rompimento da divisória, causando a dissolução do NH4NO3 na água, originando o resfriamento da mesma. Com relação ao processo descrito, é correto firmar que: a) origina-se da decomposição endotérmica do NH4NO3, formando as substâncias simples N2(g), O2(g) e H2(g). b) é endotérmico e origina-se da formação das ligações covalentes entre os íons NH4 + e NO3 - com a água. c) é exotérmico e o calor liberado provoca o resfriamento da água devido ao seu baixo valor de calor específico. d) é endotérmico e origina-se da interação entre NH4 + e NO3 - e as moléculas de água (hidratação). e) se origina de uma reação endotérmica de dupla troca com consequente formação de N2(g), O2(g) e H2(g). EXERCÍCIOS DE COMBATE 01. “(...) Tio Dave demonstrou a oposição de ácido e base medindo quantidades exatas de ácido clorídrico e hidróxido de sódio e misturando-os em um béquer. A mistura se tornou extremamente quente, mas assim que ela esfriou, ele me disse: “Agora prove, experimente”. Experimentar? Ele estava maluco? Mas provei, e só tinha gosto de sal. “Está vendo? Eles neutralizaram completamente um ao outro (...)” (Adaptado de SACKS, Oliver W. Tio Tungstênio: memórias de uma infância química. São Paulo: Cia das Letras,2002.) Sobre a reação descrita no texto, são feitas as seguintes afirmativas: I. ela é exotérmica; II. o sal formado é o cloreto de sódio; III. o calor envolvido corresponde à entalpia de formação; IV. em um dos produtos experimentados há ligações covalentes. É correto o que se afirma apenas em: a) I e II. b) II e III. c) I, II e III. d) I, II e IV e) I, III e IV. 02. Reações conhecidas pelo nome de Termita são comumente utilizadas em granadas incendiárias para destruição de artefatos, como peças de morteiro, por atingir temperaturas altíssimas devido à intensa quantidade de calor liberada e por produzir ferro metálico na alma das peças, inutilizando-as. Uma reação de Termita muito comum envolve a mistura entre alumínio metálico e óxido de ferro III, na proporção adequada, e gera como produtos o ferro metálico e o óxido de alumínio, além de calor, conforme mostra a equação da reação: 2 A(s) + Fe2O3(s) → 2 Fe(s) + A2O3(s) + calor Reação de Termita Dados: Massas molares em g/mol: O = 16 ; A = 27 ; Fe = 56 Entalpias de Formação: ∆HOf A2O3 = -1675,7 kJ·mol -1; ∆HOf Fe2O3 = -824,2 kJ·mol -1; ∆HOf A = 0 kJ·mol -1; ∆HOfFe = 0 kJ·mol -1 Considerando a equação de reação de Termita apresentada e os valores de entalpia (calor) padrão das substâncias componentes da mistura, a variação de entalpia da reação de Termita é de: a) ∆HOf = +2111,2 kJ b) ∆HOf = -1030,7 kJ c) ∆HOf = -851,5 kJ d) ∆HOf = -332,2kJ e) ∆HOf = -1421,6kJ 181 TERMOQUÍMICA PROMILITARES.COM.BR 03. Considerando os dados termoquímicos empíricos de energia de ligação das espécies, a entalpia da reação de síntese do fosgênio é: Dados: ENERGIA DE LIGAÇÃO C = O 745 kJ/mol C ≡ O 1080 kJ/mol C – C 328 kJ/mol C – C 243 kJ/mol Fórmula estrutural do fosgênio: C� C O C� a) + 522 kJ b) - 78 kJ c) - 300 kJ d) + 100 kJ e) - 141 kJ 04. Em condições adequadas, a água vaporiza-se, passando do estado líquido para vapor. Considerando o processo de vaporização da água, nas condições fornecidas: H2O() → H2O(v) ∆H = + 44 kJ/mol A quantidade de calor necessária para provocar a vaporização de 900 mL de água líquida nesse processo é: Dados: Densidade da água = 1,0 g/mL Massas atômicas: H = 1u; O = 16u a) 3000 kJ b) 1500 kJ c) 2200 kJ d) 2000 kJ e) 1800 kJ 05. O carbureto de cálcio (CaC2), quando tratado com água, fornece como um dos produtos o acetileno (C2H2), que, ao sofrer combustão, libera intensa quantidade de energia. Se tratarmos 96 g de carbureto de cálcio com água e considerarmos o calor de combustão do acetileno igual 300 kcal/mol, podemos afirmar que o volume de CO2 e o calor liberado na combustão do acetileno obtido nessa reação, nas CNTP, são, respectivamente, Dados: V(molar) = 22,4 L; massas molares em g/mol: H = 1, C = 12, O = 16, Ca = 40. a) 33,6L; 4,5 kcal b) 3,36L; 450 kcal. c) 67,2L; 450 kcal. d) 33,6L; 4500 kcal e) 672L; 4,5 kcal. 06. O diborano (B2H6) é um hidreto de boro altamente reativo, considerado um possível combustível de foguetes em programas espaciais. O cálculo da energia envolvida na síntese de um mol de diborano pode ser feito utilizando-se a Lei de Hess e conhecendo-se as reações e calores envolvidos nas reações, conforme as equações abaixo: I. 2B(s) + 3/2 O2(g) → B2O3(s) + 1273 kJ II. B2H6(g) + 3 O2(g) → - 2035 kJ B2O3(s) + 3 H2O(v) III. H2(g) + 1/2 O2(g) → H2O(g) + 242 kJ A respeito das reações e do calor envolvido no processo de síntese, é correto afirmar que: a) a reação II é exotérmica, e o ∆H= -3550 kJ b) as três reações são exotérmicas, e o ∆H= -520 kJ c) a reação II é endotérmica, e o ∆H= -36 kJ d) a reação II é exotérmica, e o ∆H= +3550 kJ e) as três reações são exotérmicas, e o ∆H= +36 kJ 07. São dadas as seguintes informações relativas às reações que ocorrem à temperatura de 25 °C e à pressão de 1 atm. I. 4 Fe(s) + 12 H2O() → 4 Fe(OH)3(s) + 6 H2(g) ∆H = + 643,96 kJ II. 6 H2O(g) + 2 Fe2O3(s) → 4 Fe(OH)3(s) ∆H = + 577,38 kJ III. 6 H2(g) + 3 O2(g) → 6 H2O() ∆H = -1714,98 kJ Com base nesses dados, é possível afirmar que, quando há produção de somente 1(um) mol de óxido de ferro III, a partir de substâncias simples, ocorre: a) Absorção de 1012,6 kJ. b) Liberação de 1012,6 kJ. c) Absorção de 824,2 kJ. d) Liberação de 824,2 kJ. e) Liberação de 577,38 kJ. 08. Considere, no quadro abaixo, as seguintes entalpias de combustão nas condições-padrão (25°C e 1 atm), expressas em kJ·mol-1. FÓRMULA MOLECULAR E FASE DE AGREGAÇÃO ∆H0 (COMBUSTÃO) C(grafite) -393,3 H2(g) -285,8 C4H10(g) -2878,6 A alternativa que corresponde ao valor da entalpia da reação abaixo, nas condições-padrão, 4 C(grafita)(s) + 5 H2(g) → C4H10(g) a) +68,6 kJ·mol-1 b) -123,6 kJ·mol-1 c) +248,8 kJ·mol-1 d) +174,4 kJ·mol-1 e) -352,5 kJ·mol-1 09. A fabricação industrial do ácido sulfúrico envolve três etapas reacionais consecutivas que estão representadas abaixo pelas equações não balanceadas: Etapa I: S8(s) + O2(g) → SO2(g) Etapa II: SO2(g) + O2(g) → SO3(g) Etapa III: SO3(g) + H2O() → H2SO4(aq) Considerando as etapas citadas e admitindo que o rendimento de cada etapa da obtenção do ácido sulfúrico por esse método é de 100%, então a massa de enxofre (S8(s)) necessária para produzir 49 g de ácido sulfúrico (H2SO4(aq)) é: Dadas as massas atômicas em g/mol: H = 1 ; O = 16 ; S = 32 a) 20,0 g b) 18,5 g c) 16,0 g d) 12,8 g e) 32,0 g 182 TERMOQUÍMICA PROMILITARES.COM.BR 10. Buscando processos que permitam o desenvolvimento sustentável, cientistas imaginaram um procedimento no qual a energia solar seria utilizada para formar substâncias que, ao reagirem, liberariam energia. Observe a figura adiante: A = REFLETOR PARABÓLICO B = REATOR ENDOTÉRMICO C = REATOR EXOTÉRMICO D e E = RESERVATÓRIOS Energias médias de ligação: LIGAÇÃO ENERGIA (kJ/mol) LIGAÇÃO ENERGIA (kJ/mol) H – H 4,4 × 102 C ≡ C(CO) 10,8 × 102 C = O(CO2) 8,0 × 10 2 C – H 4,2 × 102 Considere as seguintes reações e as energias médias de ligação indicadas na figura acima: 2 H2 + 2 CO → CH4 + CO2 CH4 + CO2 → 2 H2 + CO A associação correta que ilustra a reação que ocorre em B, o conteúdo de D e o conteúdo de E em tal processo são: B D E a) I CH4 + CO2 CO b) II CH4 + CO2 H2 + CO c) I H2 + CO CH4 + CO2 d) II H2 + CO CH4 + CO2 GABARITO EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. E 02. C 03. D 04. A 05. A 06. D 07. C 08. C 09. B 10. D EXERCÍCIOS DE TREINAMENTO 01. B 02. A 03. D 04. E 05. E 06. B 07. B 08. E 09. A 10. D EXERCÍCIOSDE COMBATE 01. D 02. C 03. B 04. C 05. C 06. E 07. D 08. B 09. C 10. B ANOTAÇÕES
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