LISTA DE EXERCÍCIOS QUÍMICA III ANO A tabela a seguir fornece valores Questão 1 aproximados da entalpia padrão de Em alguns fogos de artifício, alumínio combustão: metálico em pó é queimado, libertando luz e calor. Esse fenômeno pode ser representado Substância Fase Entalpia padrão de como: combustão (kJ/mol) C(grafite) Sólido – 394 2 Al(S) + 3/2 O2 (G ) → Al2O3 (S) CH4 Gás – 889 C2H6 Gás – 1560 a) Qual o volume de O2 (G), nas C3H8 Gás – 2220 condições normais de temperatura e C4H10 Gás – 2878 pressão, necessário para reagir com H2 Gás – 289 1,0 g do metal? ? Calcule a variação da entalpia padrão, em Dados: Volume molar do gás ideal nas condições normais de temperatura e pressão = 22,4 litros, M(Al) = 27 g/mol. Gabarito: a) 0,62 L de gás oxigênio. Questão 2 Dadas as variações de entalpia de formação para as substâncias: Substâncias CH4(g) CO2(g) H2O(l) H of (kcal/mol) – 17,9 – 94,0 – 68,3 Calcule a entalpia (em kcal/mol) da reação de combustão do metano. CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(l) Gabarito: H = – 212,7 Questão 3 Uma aplicação prática importante da Termoquímica é a determinação da energia liberada nas reações de combustão. Uma fração da energia que o mundo utiliza vem da combustão do gás natural que é formado de metano, principalmente, mais etano e, ainda, em menor proporção, propano e butano. A reação principal do gás natural é, portanto a combustão do metano: CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(l) kJ/mol da reação: C(grafite) + 2 H2(g) → CH4(g) Gabarito: H = + 77 kJ/mol Questão 4 Dadas as seguintes equações, a 25 oC: C(grafite) + 2 H2(g) + ½ O2(g) → CH3OH(l) + 238,6 kJ CO2(g) → C(grafite) + O2(g) – 393,5 kJ H2(g) + ½ O2(g) → H2O(l) + 285,8 kJ a) Calcule a entalpia de combustão completa do metanol, a 25 oC. b) Tal processo é endotérmico ou exotérmico? Gabarito: a) ∆H = – 681,5 kJ b) É exotérmica Questão 5 Determine a entalpia de formação do ácido clorídrico gasoso, segundo a reação representada pela equação: H2(g) + Cl2(g) → 2 HCl(g) Dados: I. II. III. H2(g) → 2 H(g) ∆H = 436 kJ/mol Cl2(g) → 2 Cl(g) ∆H = 243 kJ/mol HCl(g) → H(g) + Cl(g) ∆H = 431 kJ/mol Indique todos os cálculos. Gabarito: ∆H = – 183 kJ Questão 6 (UnB) O calor liberado na queima de um mol de uma substância combustível, em condições estabelecidas, é chamado de calor molar de combustão e a quantidade de calor liberada por unidade de massa da substância combustível é chamada de poder calorífico. Analise os dados da tabela abaixo. Substância Hidrogênio Butano Calor molar de combustão (kJ/mol) 285,5 2878,6 Poder calorífico (kJ/Kg) 142750 49631 Julgue os itens. (1) Na combustão de 1 kg de butano, é obtida um quantidade de calor menor do que na combustão de 1kg de gás hidrogênio (H2). (2) O gás hidrogênio (H2) não é considerado um bom combustível em função do seu poder calorífico. (3) Na combustão dessas substancias, a energia liberada na formação das ligações dos produtos é menor que a energia absorvida na ruptura das ligações dos reagentes. (4) A soma das energias de ligação do butano é maior do que a do hidrogênio. Gabarito: C, E, E, C Questão 7 (Unicamp) Quantidades diferentes de entalpia são envolvidas na combustão do etanol, C2H5OH, e etileno, C2H4, como mostram as equações I e II: I. II. 1 C2H5OH(l) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(l) ∆H = – 1368 kJ/mol de etanol C2H4(g) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 2 H2O(l) ∆H = – 1410 kJ/mol de etileno Sob condições adequadas, é possível obter etanol a partir da reação representada pela equação III. III. C2H4(g) + H2O(l) → C2H5OH(l) a) Qual a variação de entalpia envolvida por mol de C2H4 consumido na reação III? b) Sabendo-se que a entalpia de formação da H2O(l) é – 286 kJ/mol e que a do C2H4(g) é 52 kJ/mol, calcule a entalpia de formação por mol de C2H5OH(l). Gabarito: a) ∆H = – 42 kJ/mol b) ∆H = – 276 kJ/mol Questão 8 Julgue os itens a seguir. (1) Considere a reação CaCO3 (S) → CaO(S) + CO2(g) e a tabela abaixo Substância CaCO3 (S) CaO(S) CO2(g) Entalpia de formação (kJ/mol, a 25 ºC e 1 atm ) – 1207,0 – 635,5 – 393,5 A partir desses dados, é correto afirmar que o gráfico a seguir representa adequadamente o aspecto energético da reação apresentada. (2) A molécula CO3-2 tem geometria piramidal. (3) O raio atômico do cálcio é menor que o do magnésio. Gabarito: E, E, E. Questão 9 A tabela abaixo, em que C6H12O6 representa a glicose, mostra valores de entalpia de formação de diversas substâncias. Com base nesses dados, calcule, em kJ, a entalpia de combustão de 90,0774 g de glicose, a 25 ºC. Multiplique o valor obtido por – 100. Para a marcação na folha de resposta, despreze a parte fracionária do resultado final obtido, após efetuar todos os cálculos solicitados. Substância C6H12O6 CO2 H2O O2 Entalpia de formação (kJ/mol) a 25 ºC – 4073,23 – 393,51 – 285,83 0,00 Dados: M(H) = 1,0079g/mol; M(C) = 12,011g/mol e M(O) = 15,999g/mol. Gabarito: 140 Questão 10 Cerca de 90% do ácido nítrico, principal matéria–prima dos adubos à base de nitratos, são obtidos pela reação de oxidação da amônia pelo O2, em presença de catalisador – platina com 5% a 10% de paládio ou de ródio (ou de ambos) – a uma temperatura de 950oC. A reação é representada pela equação: Dados: a massa de um litro de gasolina é igual a 7,3 x 102g; o calor de combustão da gasolina é igual a 10,5 kcal/g. a) 5,7 x 104 kcal. b) 6,7 x 103 kcal. c) 1,5 x 106 kcal. d) 3,0 x 103 kcal. e) 7,6 x 104 kcal. Gabarito: Letra A Questão 12 A combustão completa do butano pode ser representada por: 1 C4H10(g) + 13/2 O2(g) → 4 CO2(g) + 5 H2O(g). Considerando-se o butano, C4H10, como componente majoritário do gás de cozinha, GLP, e utilizando-se os seguintes dados para entalpias padrão de formação: 4 C + 5 H2(g) → 1 C4H10(g) 1 C + 1 O2(g) → 1 CO2(g) 1 H2(g) ½ O2(g) → 1 H2O(g) ∆H0 = – 125 kJ ∆H0 = – 394 kJ ∆H0 = – 242 kJ 6 NH3(g) + 9 O2(g) 2 HNO3(g) + 4 NO(g) + 8 H2O(g) Obtêm-se, para o calor de combustão do butano, em kJ/mol: Essa reação ocorre nas seguintes etapas: I– 6NH3(g) + 15/2O2(g) 6NO(g) + 9H2O(g) 1359 kJ II – 3 NO(g) + 3/2 O2(g) 3 NO2(g) H = - H = - 170 kJ III– 3NO2(g) + H2O(g) 2HNO3(g) + NO(g) 135 kJ H = - Com base nas informações relativas às três etapas envolvidas na produção de ácido nítrico, calcule, em quilojoules, a variação de entalpia correspondente à síntese de um mol desse ácido. Divida o valor calculado por dez e despreze a parte fracionária do seu resultado, caso exista. Gabarito: 166 Questão 11 Um motorista de táxi afirmou gastar em seu carro 10 litros de gasolina por dia. Admitindo-se combustão total e que a gasolina utilizada possui fórmula C8H18, quantas calorias são liberadas diariamente por essa quantidade de combustível? a) – 2911 b) – 2661 c) – 1693 d) – 1479 e) – 761 Gabarito: Letra B Questão 13 (UnB – 1º/99)Em geral, as reações químicas que provocam a liberação de grande quantidade de calor tem uso potencial como combustível. Esse é o caso da combustão do hidrogênio, que possui também a vantagem de não ser poluente. Em um determinado tipo de doce diet, existe 0,10 g de lipídios para casa 100 g de doce. Considere que esses lipídios sejam todos representados pela tripalmitina (M = 800 g/mol) e que essa será queimada no organismo segundo a equação abaixo. Calcule, em quilocalorias, a energia que será produzida pelo consumo de 1 kg desse doce, desprezando a parte fracionária de seu resultado, caso exista. Gabarito: 006 Sabendo que variação de entalpia é o calor liberado ou absorvido em uma reação química sob pressão constante, é considerado o diagrama acima, no qual os coeficientes das equações químicas apresentadas referem – se à quantidade de matéria, julgue os itens a seguir. (1) Apesar de a reação de combustão do hidrogênio liberar grande quantidade de energia, a indústria automobilística não o utiliza como combustível porque os produtos provenientes de sua combustão são muito tóxicos ao ser humano. (2) A reação apresentada por 2H(g) + ½O2(g) 2H(g) + O(g) absorve 59.200 cal. (3) A energia medida necessária para romper 1 mol de ligações O – H é igual a 110,6 Kcal. (4) Utilizando a lei de Hess, conclui – se que a formação de 1 mol de O2 gasoso libera 118,4 Kcal. (5) O processo de quebra da ligação absorve energia. Gabarito: E, C, C, C, C Questão 14 Questão 15 Suponha que o trabalho realizado por um motor de combustão interna a gasolina, em um ciclo, seja igual a 0,5 Kcal e que a gasolina seja constituída pelo hidrocarboneto C9H20, que possui calor de combustão de 1.500 Kcal/mol. Considere, ainda, que a densidade da gasolina seja de 0,8 g/mL e que o rendimento desse motor seja de 30%. Sabendo que M(C9H20) = 128 g/mol, calcule o número de ciclos que o motor pode realizar com 480 mL de gasolina. Divida o valor calculado por 100 e despreze a parte fracionária de seu resultado, caso exista. Gabarito: 027 Questão 16 Por “energia de ligação” entende-se a variação de entalpia, H, necessária para quebrar um mol de uma dada ligação. Esse processo é sempre endotérmico, H>0. Assim, no processo representado pela equação: CH4(g) 1C(g) + 4 H(g) kJ/mol, H = + 1663 São quebrados 4 mols de ligação C – H, sendo a energia de ligação, portanto 416 kJ/mol. Sabendo-se que no processo: C2H6(g) 2C(g) + 6H(g) kJ/mol, H = + 2826 São quebradas ligações C – C e C – H, qual o valor da energia de ligação C – C? Gabarito: 330 kJ/mol Questão 17 A combustão do metanol, CH4O(l), e a do etanol, C2H6O(l), podem ser representadas pelas equações: 1 CH4O(l) + 3/2 O2(g) 1 CO2(g) + 2 H2O(g) H = – 671 kJ/mol 1 C2H6O(l) + 3 O2(g) 2 CO2(g) + 3 H2O(g) H = – 1.327 kJ/mol Sabe–se que as densidades desses dois líquidos são praticamente iguais. Na combustão de um mesmo volume de cada um, qual libertará mais calor? Indique como resposta o que libera mais calor, divida por 10 o resultado e despreze a parte fracionária, caso exista. Dados: massas molares do metanol = 32 g/mol e do etanol = 46 g/mol. Gabarito: O etanol libera maior quantidade de energia que o metanol, respectivamente: 923 kJ/32g e 671 kJ/32g. Questão 18 O hidrogênio é uma matéria – prima gasosa importante nas indústrias químicas e de petróleo. Um dos processos utilizados industrialmente para a sua obtenção é a eletrólise de água alcalinizada, que fornece hidrogênio de elevada pureza, podendo ser representado pela decomposição da água líquida, conforme a equação abaixo, cuja variação de entalpia corresponde a +571,6 KJ, a 25oC e 1 atm. 2H2O(L) 2H2(g) + O2(g) Sabendo que o calor de vaporização para a água, H2O(L) H2O(g), é +44 KJ/mol, a 25oC e 1 atm, calcule, em KJ/mol, o valor da variação de entalpia para a produção de gás hidrogênio a partir da decomposição de água no estado gasoso, à mesma temperatura e à mesma pressão. Divida o valor calculado por 10 e despreze a parte fracionária de seu resultado, caso exista. Gabarito: 024