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Termoquímica - exercícios + resolução

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UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE 
Departamento de Físico-Química 
Físico-Química I – Turma 3as e 5as - tarde – Prof. Raphael Cruz 
3a Lista de Exercícios 
 
 
TERMOQUÍMICA 
 
 
Exercício 1. 
 
 Determinar o calor liberado na combustão de 1 m3 de metano (medido em CNTP), a 25°C e sob 
pressão total de 1 bar. São fornecidos os calores padrões de formação: do dióxido de carbono: -393; do 
vapor d'água: -242 e do metano: -74,8, em kJ/mol. 
Resp.: -35,7x103 kJ. 
 
 
Exercício 2. 
 
 Os calores padrões de combustão do etileno, do etano e do butano valem, respectivamente: 
-1322, -1426 e -2656, kJ/mol. O calor padrão de hidrogenação do etileno a etano é igual a -137 kJ/mol. 
Determinar o calor da seguinte reação, a 25°C e 1 bar: C4H10(g) = 2C2H4(g) + H2(g). 
Resp.: 229 kJ/mol. 
 
 
Exercício 3. 
 
 Quanto vale o calor 
padrão de combustão do 
hidrogênio? Qual será o valor do 
calor da reação de combustão do 
hidrogênio, a 50°C e sob pressão 
de 1,01 bar? E a 200°C? O calor 
latente de vaporização da água 
vale 40,6x103 J/mol e a capacidade calorífica da água líquida pode ser tomada como constante e vale 
75,2 J/mol.K. Adotar para as capacidades caloríficas dos gases a forma polinômica: Cp = a + bT + cT
2 
(com Cp em J/mol.K) e utilizar os dados da tabela apresentada. 
Resp.: -286 kJ/mol, -285 kJ/mol, -244 kJ/mol. 
 
 
 
 
 
 
 
Substância H f
o
,298 (kJ/mol) a bx10
3 cx106 
H2(g) 0,0 29,0 -0,84 2,00 
O2(g) 0,0 25,5 13,6 -4,26 
H2O(l) -286 ---- ---- ---- 
H2O(g) -242 30,2 9,66 1,13 
 
 
 
 
Exercício 4. 
 
 De que quantidade de calor se disporá na combustão isotérmica, a 25°C, de 1 mol de acetileno? 
Quanto valerá esta quantidade se os produtos da combustão atingirem a temperatura de 650°C? Supor 
a combustão do acetileno com quantidade estequiométrica de oxigênio puro, sob pressão da atmosfera. 
Dados: calores padrões de formação (em kJ/mol): do acetileno 227: do dióxido de carbono: -393; do 
vapor d'água: -242; capacidades caloríficas médias (em J/mol.K.): do vapor d'água: 35,9; do dióxido de 
carbono: 45,1. 
Resp.: -1,26x103 kJ/mol, +1,18x103 kJ/mol. 
 
 
Exercício 5. 
 
 Em uma bomba calorimétrica queima-se 0,6927 g de naftaleno com quantidade de oxigênio 
suficiente à combustão completa. Devido ao calor liberado na combustão, a temperatura do calorímetro 
varia de 25°C a 28,4°C. Sabendo que a capacidade calorífica do calorímetro é igual a 9,27x103 J/K, 
determinar o calor de formação do naftaleno. Dados: calores padrões de formação: do dióxido de 
carbono: -393 kJ/mol, da água líquida: -286 kJ/mol. 
Resp.: 756 kJ/mol. 
 
 
Exercício 6. 
 
 Etanol e ar atmosférico (4 moles de N2 para 1 mol de O2) alimentam a chama de um maçarico. 
A fim de obter combustão completa e melhorar a eficiência da chama, a mistura combustível é 
preparada com excesso de 50% de ar e previamente aquecida a 100°C. Determinar a temperatura 
máxima da chama do maçarico. Dados: calores padrões de formação, em kJ/mol: do vapor de etanol: -
238, do vapor d'água: -242, do dióxido de carbono: -393; capacidades caloríficas médias, em J/mol.K: 
do vapor de etanol: 73,2, do vapor d'água:33,6, do dióxido de carbono: 38,7, do nitrogênio: 29,1, do 
oxigênio: 29,5; temperatura de ebulição normal do etanol: 78,8°C. 
Resp.: 1806°C. 
 
 
Exercício 7. 
 
 O calor integral de solução de cloreto de sódio em água, formando osolução a 15% em peso, é 
igual a 3,31x103 J/mol, a 20°C. Dissolvem-se dois moles de NaCl em quantidade de água suficiente 
para formar solução a 15%. Se a temperatura inicial é de 20°C, qual será a temperatura alcançada pela 
solução ao final, supondo a dissolução adiabática? A capacidade calorífica da solução vale 3,72 J/g.K. 
Resp.: 17,7°C. 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE 
Departamento de Físico-Química 
Físico-Química I – Turma 3as e 5as - tarde – Prof. Raphael Cruz 
3a Lista de Exercícios 
 
 
 
 
 
Exercício 8. 
 
 Em uma câmara de combustão (“Junkers”) queima-se uma mistura de propano e butano, 
alimentada a 20°C e sob pressão de 765 mm Hg, com vazão de 1,3 litro/min. Pela serpentina da câmara 
circula água, com vazão de 1,8 litro/min. A temperatura da água na entrada de serpentina é de 20°C e 
na saída é de 35°C. Os gases resultantes da combustão alcançam a temperatura de 40 oC. Sabendo que 
o calor de combustão do propano e o do butano valem, respectivamente, -2,04x103 kJ/mol e -2,65x103 
kJ/mol, determinar a proporção dos dois gases na mistura combustível. Capacidades caloríficas: da 
água: 4,18 J/g.K, do vapor d'água: 33,5 J/mol.K, do dióxido de carbono: 46,8 J/mol.K, do nitrogênio: 
29,0 J/mol.K. 
Resp.: 91,5% de propano e 8,5% de butano, em percentagem volumétrica. 
 
 
Exercício 9. 
A enzima catalase, existente no sangue humano, catalisa a decomposição do peróxido de 
hidrogênio pela reação exotérmica 
 
H2O2(l) →H2O(l) + ½ O2(g) 
 
Provocando a liberação de O2, o que leva a assepsia de um ferimento, por exemplo, quando se coloca 
H2O2 sobre ele. Estime a concentração mínima detectável de H2O2 se uma pequena quantidade de 
catalase (sólida) é adicionada a uma solução de peróxido de hidrogênio em um calorímetro. Assuma 
que um crescimento de 0,02°C pode ser detectado. Utilize a capacidade calorífica de 4,18 kJ/kg.K para 
a solução de peróxido de hidrogênio. Considere ∆Hf,H2O(l),298,padrão = -285,83 kJ/mol e 
∆Hf,H2O2(l),298,padrão = -191,17 kJ/mol. 
Resp.: 8,83x10-4 M. 
 
 
Exercício 10. 
 a) Determinar o poder calorífico do metano, do propano e do benzeno, todos a 25°C e 1 atm, a 
partir das energias de ligação nestas condições. b) Este poder calorífico é inferior ou superior? c) 
Determine também os respectivos poderes caloríficos desses combustíveis a 100°C e 1 atm. d) E este 
poder calorífico, é inferior ou superior? Utilize a tabela abaixo para os valores das energias de ligação. 
Classifique estes poderes caloríficos. 
Resp.: -158 kcal/mol, -381 kcal/mol, -589,5 kcal/mol, em todas as três reações são poderes caloríficos 
inferiores, 22.737 kcal/mol, 46.219 kcal/mol, 37.398 kcal/mol. 
 
Entalpias de Ligação (a 25ºC e 1 bar) 
(kcal/mol) 
 
<Cp> 
(kcal/mol) 
C – H 99,5 CH4 305,27 
O – O 33,0 C3H8 621,33 
C = O 175,0 C6H6 506,50 
H – O 111,0 
 
 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE 
Departamento de Físico-Química 
Físico-Química I – Turma 3as e 5as - tarde – Prof. Raphael Cruz 
3a Lista de Exercícios 
 
 
 
 
TERMOQUÍMICA 
Lista Resolvida e Comentada 
 
Exercício 1. 
 
 
 A reação de combustão do metano é a seguinte: 
 CH4(g) + 2O2(g) = CO2(g) + 2H2O(g), 
cujo calor pode ser calculado a partir dos calores de formação das substâncias participantes da reação, 
mediante a relação: 
 H 298
o = (H f
o
,298 )dióx + 2(H f
o
,298 )vapor - (H f
o
,298 )metano 
onde não figura o calor padrão de formação do oxigênio por ser identicamente nulo. 
 Com os valores fornecidos: 
 H 298
o = -393 + 2x(-242) - (-74,8) = -802 kJ/mol. 
 Esta é a quantidade de calor liberada na combustão de 1 mol de metano, a 25 
o
C e 1 bar. É o 
calor padrão de combustão do metano. 
 Como a 1 m
3
 do gás, medido em CNTP (0 
o
C e 1,01 bar), corresponde o seguinte número de 
moles: 
 n = pV/RT = 1x1,01x10
5
/8,31x273 = 44,5 moles, 
a combustão desta quantidade de metano liberará o seguinte calor: 
 H = nH 298
o = 44,5x(-802) = -35,7x10
3
 kJ. 
 
 Observação: 
 Se cada participante da reação estivesse, individualmente, submetido à pressão de 1 bar, da 
combustão do metano resultaria água líquida e não vapor d'água. Por via de consequência, o calor de 
combustão seria diferente do valor encontrado, pois dever-se-ia usar no cálculo do calor da reação o 
calor padrão de formação da água líquida (-286 kJ/mol). Com a reação resultando em água líquida, 
obter-se-ia o seguinte resultado para o calor de combustão do metano: -890 kJ/mol. Qual, então, é o 
significado do calor que resulta da diferença entre -802 kJ/mol e -890 kJ/mol?

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