cursinho etwb 2012 - PROF. RICARDO HONDA

CURSINHO ETWB 2012
Componente Curricular: Química
Professor: Ricardo Honda
Data: Terça-feira, 21/08/2012
Tema da aula: Termoquímica: Entalpia de formação e combustão
“Utilizando como referência o conceito de entalpia no estado padrão, podemos determinar o valor da entalpia de
um grande número de substâncias, além de calcular o valor da variação de entalpia numa infinidade de reações
químicas. Genericamente, essa variação de entalpia é denominada entalpia ou calor de reação. Porém, é
costume atribuir nomes específicos a alguns tipos de reação, tais como: de formação, de combustão, de
neutralização etc. A seguir vamos estudar alguns tipos de entalpia de reações”.
Entalpia padrão
Como já vimos, devido à impossibilidade de determinarmos diretamente a entalpia das substâncias,
trabalhamos com a variação de entalpia (ΔH). Porém, a variação de entalpia de uma reação depende da
temperatura, da pressão, do estado físico, do número de mol e da variedade alotrópica das substâncias
envolvidas. Por esse motivo foi criado um referencial para fazermos comparações: a entalpia padrão. Dessa
maneira, as entalpias serão sempre avaliadas em relação a uma mesma condição (condição padrão ou estado
padrão).
O estado padrão de uma substância corresponde à sua forma mais estável, a 1 atm, a 25 °C. A entalpia
0
padrão de uma substância é indicada por H .
Por convenção foi estabelecido que:
Toda substância simples, no estado padrão e na sua forma alotrópica mais estável (mais comum), tem
entalpia (H) igual a zero.
As substâncias simples H2 (g), O2 (g), Fe (s), Hg (l), Cl2 (g), no estado padrão (25 ºC a 1 atm), apresentam
0
entalpia H = 0.
Os gráficos a seguir nos mostram as diferenças de entalpia encontradas em algumas variedades
alotrópicas.
Entalpia de formação
São denominadas reações de formação aquelas em que ocorre a formação (síntese) de 1 mol de uma
substância a partir de substâncias simples, no estado padrão. A variação de entalpia (ΔH) nessas reações pode
receber os seguintes nomes: entalpia de formação, calor de formação, ΔH de formação ou entalpia padrão de
formação.
Entalpia de formação é o calor liberado ou absorvido na formação de 1 mol de uma substância a partir de
substâncias simples, no estado padrão, com H = 0.
Para estudarmos a entalpia dessas reações, convém lembrar que a 25 ºC e 1 atm:
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Agora, vamos representar as equações termoquímicas que caracterizam a formação de algumas
substâncias bastante comuns, indicando os valores dos ΔH determinados experimentalmente:
• Água líquida — H2O (l)
H2 (g) + ½ O2 (g) → 1 H2O (l) ΔH = –286 kJ/mol
• Ácido sulfúrico líquido — H2SO4 (l)
H2 (g) + Srômb + 2 O2 (g) → 1 H2SO4 (l) ΔH = –813,8 kJ/mol
Conhecendo a equação de formação de uma substância e o valor do ΔH dessa reação, podemos
estabelecer um novo conceito. Para isso vamos analisar a formação do gás carbônico [CO2 (g)]:
Cgraf + O2 (g) → CO2 (g) ΔH = –394 kJ
Como já sabemos que tanto o Cgraf como o O2 (g) apresentam
0
no estado padrão H = 0, podemos representar a reação de acordo
com o gráfico ao lado.
Como a entalpia de formação do CO2 (g) é –394 kJ/mol, a
análise do gráfico permite concluir que esse valor corresponde à
entalpia do CO2:
ΔHformação CO2 = HCO2 ⇒ entalpia de formação do CO2 = –394 kJ/mol
Generalizando, temos:
entalpia de formação = entalpia da substância
Vamos ver um exemplo de cálculo da entalpia de uma substância, ou seja, da sua entalpia de formação, a
partir de uma equação termoquímica. A equação de decomposição do mármore pode ser representada por:
CaCO3 (s) → CaO (s) + CO2 (g) ΔH = +177,5 kJ/mol
Dadas as entalpias:
• HCaO(s) = – 635,5 kJ/mol
• HCO2(g) = – 394 kJ/mol
No entanto, não encontramos a entalpia de HCaCO3(s), que pode ser determinada da seguinte maneira:
Entalpia de combustão
São classificadas como reações de combustão aquelas em que uma substância, denominada
combustível, reage com o gás oxigênio (O2), denominado comburente. Por serem sempre exotérmicas, as
reações de combustão apresentam ΔH < 0. Veja alguns exemplos:
• Combustão completa do gás hidrogênio (H2)
H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (l)
• Combustão completa do gás butano (C4H10)
C4H10 (g) + 13/2 O2 (g) → 4 CO2 (g) + 5 H2O (l)
Quando os combustíveis são formados por carbono, hidrogênio e oxigênio, os produtos das reações
(combustões completas) serão sempre CO2 (g) e H2O (l). A variação de entalpia na combustão completa pode ser
denominada entalpia de combustão, ΔH de combustão, calor de combustão ou entalpia padrão de
combustão.
Entalpia de combustão é a energia liberada na combustão completa de 1 mol de uma substância no
estado padrão.
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Vejamos um exemplo:
Combustão completa do álcool etílico (C2H6O):
C2H6O (l) + 3 O2 (g) → 2 CO2 (g) + 3 H2O (l) ΔH = –1368 kJ/mol
Pela equação, podemos concluir que na combustão completa de 1 mol de C 2H6O (l) ocorre a liberação de
1368 kJ: entalpia de combustão do C2H6O (l) = –1368 kJ/mol
EXERCÍCIOS DE CLASSE
1. (FGV 2012) – O Teflon é um polímero sintético amplamente empregado. Ele é formado a partir de um
monômero que se obtém por pirólise do trifluormetano. O trifluormetano, CHF 3, é produzido pela fluoração do gás
metano, de acordo com a reação
CH4 (g) + 3 F2 (g) → CHF3 (g) + 3 HF (g).
Dados:
–1
ΔH°f (kJ · mol )
CHF3 (g)
–1.437
CH4 (g)
–75
HF(g)
–271
–1
A entalpia-padrão da reação de fluoração do gás metano, em kJ · mol , é igual a
a) –1.633.
b) –2.175.
c) –2.325.
d) +1.633.
e) +2.175.
2. (UNESP 2009/2) – 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 (Fe 2O3) para soldar trilhos de aço. A
equação química para a reação entre alumínio pulverizado e óxido de ferro (III) é:
2 Al(s) + Fe2O3(s) → Al2O3(s) + 2 Fe(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) = –1676 kJ/mol e para o Fe2O3(s) = – 824
kJ/mol, nas condições padrão (25 ºC e 1 atmosfera de pressão), calcule a entalpia dessa reação nessas
condições. Apresente seus cálculos.
3. (UNIFESP 2012) – Considere a reação orgânica representada na equação e os valores de entalpia-padrão de
o
formação (ΔHf ) das substâncias participantes da reação.
CH3OH (l) + CH3COOH (l) → X (l) + H2O (l)
o
–1
Substância ΔHf (kJ ⋅ mol )
CH3OH(l)
–239
CH3COOH(l)
–484
X(l)
–442
H2O(l)
–286
A substância X é um líquido inflamável usado como solvente na fabricação de colas.
a) Escreva a fórmula estrutural da substância X e indique a função orgânica à qual ela pertence.
b) Calcule a entalpia da reação descrita. Como essa reação é classificada quanto ao calor de reação?
EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES
1. (PUC 2012) – O acetileno (C2H2) é o combustível empregado em maçaricos oxiacetilênicos, cuja chama chega
a atingir temperaturas próximas de 3.000 ºC. Estando reagentes e produtos no estado-padrão, são liberados 1.300
kJ na combustão completa de 1 mol de acetileno.
Dados:
–1
ΔH°f H2O = –285 kJ · mol
–1
ΔH°f CO2 = –395 kJ · mol
A partir desses dados, determina-se que a entalpia de formação padrão (ΔH°f) do acetileno é
a) 225 kJ · mol
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–1
b) –1.300 kJ · mol
–1
–1
c) –620 kJ · mol
d) 620 kJ · mol
–1
e) 450 kJ · mol
–1
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2. (UECE 2012) – O sulfeto de zinco, usado por Ernest Rutherford no seu famoso experimento, emite luz por
excitação causada por raios X ou feixe de elétrons e reage com o oxigênio, produzindo um óxido de zinco e
dióxido de enxofre. Os calores de formação das diferentes substâncias estão na tabela a seguir:
SUBSTÂNCIA CALOR DE FORMAÇÃO (kcal/mol)
Zn(s)
–43,90
SO2 (g)
–69,20
ZnO(s)
–83,50
Utilizando-se os valores da tabela, o calor de combustão do sulfeto de zinco será
a) –108,8 kcal/mol.
b) +54,4 kcal/mol.
c) +163,2 kcal/mol.
d) –217,6 kcal/mol.
3. (UFRGS 2010) – Observe as quatro equações termoquímicas a seguir:
CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(s)
S(rômb.) + O3(g) → SO3(g)
C(graf.) + O2(g) → CO2(g)
6 C(graf.) + 3 H2(g) → C6H6(l)
ΔHI
ΔHII
ΔHIII
ΔHIV
Com base nessas informações, assinale a alternativa correta.
a) Os calores envolvidos nas reações correspondem todos a entalpias de formação.
b) ΔHI corresponde a um calor de neutralização.
c) ΔHIII e ΔHIV são calores de formação.
d) ΔHII e ΔHIII são calores de combustão.
e) ΔHI corresponde a um calor de solubilização.
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