Lista de exercícios - Termoquímica 1. (Unicamp

Lista de exercícios - Termoquímica
1. (Unicamp) Quantidades diferentes de entalpia são
envolvidas na combustão do etanol, C2H5OH, e etileno,
C2H4, como mostram as equações I e II:
I.
1 C2H5OH(l) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(l) ∆H
= – 1368 kJ/mol de etanol
II.
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).
2. (Unicamp) 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) H = + 1663 kJ/mol,
São quebrados 4 mols de ligação C – H, sendo a energia
de ligação, portanto 416 kJ/mol.
(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.
4. (FUVEST) O 2-metilbutano pode ser obtido pela
hidrogenação catalítica, em fase gasosa, de qualquer
dosseguintes alcenos isoméricos:
2-metil-2-buteno + H2 → 2-metilbutano
kJ/mol
∆H1 = -113
2-metil-1-buteno + H2 → 2-metilbutano
kJ/mol
∆H2 = -119
3-metil-1-buteno + H2 → 2-metilbutano
kJ/mol
∆H3 = -127
a) Complete o esquema da página ao lado com a fórmula
estrutural de cada um dos alcenos que faltam. Além
disso, ao lado de cada seta, coloque o respectivo ∆H de
hidrogenação.
b) Represente, em uma única equação e usando
fórmulas moleculares, as reações de combustão
completa dos três alcenos isoméricos.
c) A combustão total de cada um desses alcenos também
leva a uma variação negativa de entalpia. Essa variação é
igual para esses três alcenos? Explique.
Sabendo-se que no processo:
C2H6(g)  2C(g) + 6H(g) H = + 2826 kJ/mol,
São quebradas ligações C – C e C – H, qual o valor da
energia de ligação C – C?
5. (FUVEST) Considere os seguintes dados:
3. (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 Poder calorífico
combustão (kJ/mol)
(kJ/Kg)
285,5
142750
2878,6
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).
a) Qual dos alcenos (A ou B) é o mais estável? Justifique.
Neste caso, considere válido raciocinar com entalpia.
A desidratação de álcoois, em presença de ácido, pode
produzir uma mistura de alcenos, em que predomina o
mais estável.
incógnita. Só no almoço, ele ingere um pacote de
macarrão de 500 gramas, além de acompanhamentos.
b) A desidratação do álcool
, em presença
de ácido, produz cerca de 90% de um determinado
alceno. Qual deve ser a fórmula estrutural desse alceno?
Justifique.
6. (Unicamp) Os alimentos, além de nos fornecerem as
substâncias constituintes do organismo, são também
fontes de energia necessária para nossas atividades.
Podemos comparar o balanço energético de um
indivíduo após um dia de atividades da mesma forma
que comparamos os estados final e inicial de qualquer
processo químico.
a) Suponha que o macarrão seja constituído essencialme
nte de glicose (C6H12O6), e que, no metabolismo, toda
essa glicose seja transformada em dióxido de carbono e
água. Considerando-se apenas o metabolismo do
macarrão diário, qual é a contribuição do nadador para o
efeito estufa, em gramas de dióxido de carbono?
b) Qual é a quantidade de energia, em kJ, associada
à combustão completa e total do macarrão (glicose)
ingeridodiariamente pelo nadador?Dados de entalpia de
formação em kJ mol-1: glicose= -1.274, água= -242,
dióxido de carbono = -394.
1 - gasto metabólico de repouso (4,2 kJ/kg por hora)
9. (VUNESP) O ácido nítrico, HNO3, é um dos ácidos mais
utilizados na indústria química, e o primeiro método
sintético para sua produção
ocorreu na Noruega, em 1903, processo chamado de
Birkeland-Eyde, que consistia das seguintes etapas:
2 - gasto energético para digestão e absorção dos
alimentos, correspondente a 10% da energia dos
alimentos ingeridos.
I. reação entre os gases nitrogênio e oxigênio, utilizando
arco voltaico à temperatura acima de 3 000 ºC, para
obtenção do monóxido de nitrogênio;
3 - atividade física, que para uma atividade moderada
representa 40% do gasto metabólico de repouso.
II. oxidação do monóxido de nitrogênio com oxigênio
para obtenção do dióxido de nitrogênio;
O gasto total de energia (em kJ) por um indivíduo pode
ser considerado como a soma de três usos corporais de
energia:
a) Qual seria o gasto energético total de um indivíduo
com massa corporal de 60 kg, com atividade moderada e
que ingere o equivalente a 7600 kJ por dia?
b) Considerando-se que 450 g de massa corporal
correspondem a aproximadamente 15000 kJ, qual é o
ganho (ou perda) deste indivíduo por dia, em gramas?
7. (VUNESP) Sob certas circunstâncias, como em locais
sem acesso a outras técnicas de soldagem, pode-se
utilizar a reação entre alumínio (Al) pulverizado e óxido
de ferro (Fe2O3) para soldar trilhos de aço. A equação
química para a reação entre alumínio pulverizado e
óxido de ferro (III) é:
2Al(s) + Fe2O3(s) → Al2O3(s) + 2Fe(s)
O calor liberado nessa reação é tão intenso que o ferro
produzido é fundido, podendo ser utilizado para soldar
as peças desejadas.
Conhecendo-se os valores de entalpia de formação para
o Al2O3(s) = −1 676 kJ/mol e
para o Fe2O3(s) = −824 kJ/mol, nas condições
padrão (25°C e 1 atmosfera de pressão), calcule a
entalpia dessa reação nessas condições. Apresente seus
cálculos.
8. (Unicamp) O nadador Michael Phelps surgiu na
Olimpíada de Beijing como um verdadeiro fenômeno,
tanto pelo seu desempenho quanto pelo seu consumo
alimentar. Divulgou-se que ele ingere uma quantidade
diária de alimentos capaz de lhe oferecer uma energia
de 50 MJ. Quanto disto é assimilado, ou não, é uma
III. reação do dióxido de nitrogênio com água para
obtenção do ácido nítrico e do monóxido de nitrogênio.
Esse método é obsoleto, devido ao elevado custo de
energia elétrica utilizada. O método atual, método de
Ostwald, utiliza a amônia como matéria-prima. O ácido
nítrico também pode ser obtido, sob condições
adequadas, a partir da reação do pentóxido de
dinitrogênio com água:
N2O5(g) + H2O (ℓ) → 2 HNO3(aq)
Dadas as equações termoquímicas:
N2(g) + 3 O2(g) + H2 (g) → 2 HNO3(aq) ∆Hº = – 415 kJ
2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O (ℓ) ∆Hº = – 572 kJ
2 N2(g) + 5 O2(g) → 2 N2O5(g) ∆Hº = + 22 kJ
a) Referente ao processo Birkeland-Eyde, escreva a
equação química global para a produção do ácido
nítrico.
b) Utilizando as equações termoquímicas, calcule a
entalpia-padrão da reação de formação do ácido nítrico
a partir da reação do pentóxido de dinitrogênio e água.