Termodin Mica Qu Cmica 63
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7/22/2019 Termodin Mica Qu Cmica 63
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Termoquímica e Termodinâmica Química
Por Alinne Oliveira
1. A combustão de H2S(g) produz SO2(g) e H2O(g). Com base nos dados fornecidos abaixo,
assinale a opção correspondente à quantidade de calor desprendido na combustão de 1 mol de
H2S(g).
Dados:
H2(g) + S(g) → H2S(g) ΔH= -21 kJ
S(g) + O2(g)→ SO2(g) ΔH= -297 kJ
H2(g) + ½ O2(g)→ H2O(g) ΔH= -242 kJ
a)34 kJ b)76 kJ c)518 kJ d)560 kJ
e)Não há desprendimento de calor porque a reação é endotérmica
2. O acetileno ou etino (C2H2) é um gás de grande uso comercial, sobretudo em maçaricos de
oficinas de lanternagem. Assinale a opção que corresponde à quantidade de calor liberada pela
combustão completa de 1 mol de acetileno, a 25 °C, de acordo com a reação abaixo:
2 C2H2(g) + 5 O2(g)→ 4 CO2(g) + 2 H2O(g)
Dados:ΔH°f » C2H2(g)= + 227 kJ/mol, CO2(g) = - 394 kJ/mol, H2O(g) = - 242 kJ/mol
a) 204 kJ b) 409 kJ c) 863 kJ d) 1257 kJ e) 2514 kJ
3. (IME 2006/2007) Considere os seguintes processos conduzidos a 25 °C e 1 atm:
(1) 4 Fe(s) + 3 O2(g)→ 2 Fe2O3(s)
(2) H2O(s) → H2O(l)
(3) CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g)
(4) Cu2S(s) → 2 Cu(s) + S(s), com ΔG= +86,2 kJ
(5) S(s) + O2(g) → SO2(g), com ΔG= -300,4 kJ
(6) Cu2S(s) + O2(g)→ 2 Cu(s) + SO2(g)
(7) 2 NO(g) + O2(g) → 2 NO2(g)
Assinale a afirmativa correta.
a) Os processos (1), (4) e (5) não são espontâneos.
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b) O processo (2) é exotérmico e apresenta variação de entropia positiva.
c) O processo (3) é endotérmico e apresenta variação de entropia negativa.
d) Os processos (2) e (7) apresentam variação de entropia positiva.
e) Os processos (1), (2) e (6) são espontâneos.
4. Quando se queima uma amostra de 0,3212 g de glicose numa bomba calorimétrica, a
volume constante, cuja constante calorimétrica é 641 J.K -1, a elevação de temperatura é de 7,793
K.
Pede-se:
a) Calcule a energia interna padrão de combustão.
b) Calcule a entalpia padrão de combustão
c) Calcule a entalpia padrão de formação da glicose
d) Que altura pode subir uma pessoa de 65 kg com a energia da combustão da amostra,
admitindo que 25% possam ser convertidos em trabalho?
Dados: MGlicose = 180,16 g.mol-1
Δf H°(CO2(g)) = - 393,51 kJ mol-1
Δf H° (H2O(l)) = - 285,83 kJ mol-1
.
5. Uma mistura de 11,02 mmol de H2S e 5,48 mmol de CH4 foi colocada em um reator com um
catalisador de Platina e, o equilíbrio
H2S(g) + CH4(g) → H2(g) + CS2(g)
foi estabelecido em 700°C e 762 torr. Retirou-se o catalisador da mistura reacional e em
seguida a mistura foi resfriada. Através de análises da mistura no equilíbrio encontrou-se 0,711
mmol de CS2. Determine:
a) as frações molares de cada substância envolvida.
b) as percentagens molares.
c) as pressões parciais.
d) K p° e o ΔG° para a reação em 700°C.
6. Na tabela seguinte figuram as entalpias-padrão e as energias livres de formação de algumas
substâncias iônicas cristalinas e em solução aquosa 1 m (molal):
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a) escreva a reação de formação do AgNO3(s). Com base nesta reação, a entropia do sistemaaumenta ou diminui no processo de formação do AgNO3(s)?
b) com os valores de ΔH°f e de ΔG°f do AgNO3(s), determine a entropia de formação desta
substância. O resultado é compatível com a resposta no item (a)?
c) a dissolução de AgNO3(s) em água é um processo exotérmico ou endotérmico ? E o da
dissolução do MgSO4(s) em água?
d) com os dados da tabela calcule a variação de entropia das dissoluções de AgNO3(s) e de
MgSO4(s) em água.
e) compare e discuta os resultados do item (d), em termos da variação de entropia dos processos
de dissolução de sólidos cristalinos.
7. Considere um botijão de gás que contém 8 kg de GLP. Nesse recipiente, as porcentagens em
massa desses gases são 60% de butano, 30% de propano e 10% de isobutano. A entalpia de
combustão (ΔH cº) para o butano é igual a -2877.6 kJ/mol e os valores das entalpias deformação (ΔHf º) dos gases acima citados, da água e do gás carbônico são dadas na tabela
abaixo:
Substância ΔH° f (kJ/mol) ΔG° f (kJ/mol)
AgNO3 (s) -124,4 -33,4
AgNO3 (aq., 1m) -101,7 -34,2
MgSO4 (s) -1283,7 -1169,6
MgSO4 (aq., 1m) -1374,8 -1198,4
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Composto ΔHf (kJ/mol)
H2O(l) -285,8
C3H8(g) -103,8
C4H10(g) -134,2
CO2(g) -393,5
a) Escreva as equações balanceadas da combustão completa de (i) butano (ii) propano.
b) Calcule as entalpias de combustão do (i) isobutano e do (ii) propano.
c) Calcule o volume de gás em litros, contido no botijão, a 1 atm e 25° C.
d) Calcule a quantidade de calor produzida na combustão completa de todo o gás contido no
botijão.
8. Alguns anos atrás, Texas City (Texas – USA), foi abalada por uma explosão de um depósito
de nitrato de amônia, composto muito usado como fertilizante. Este composto, quando
aquecido, pode decompor exotermicamente em N2O e água, conforme a equação:
NH4 NO3(s) → N2O(g) + 2 H2O(g) (equação 1)
Se o calor liberado nesta reação ficar aprisionado, altas temperaturas serão atingidas, e assim, o
NH4 NO3 pode decompor explosivamente em N2, H2O e O2.
2 NH4 NO3(s) → 2 N2(g) + 4 H2O(g) + O2(g) (equação 2)
Usando as informações fornecidas abaixo, responda:
a) Qual o calor liberada (à pressão constante de 1 atm e à temperatura de 25 ºC) na primeira
reação ?
b) Se 8,00 kg de nitrato de amônio explodem (segunda reação), qual a quantidade de calor
liberada (à pressão constante de 1 atm e à temperatura de 25 ºC) ?
c) Nitrato de amônia reage com alumínio em pó, produzindo Al2O3, segundo a reação:
2 Al(s) + 3 NH4 NO3(s) → 3 N2(g) + 6 H2O(g) + Al2O3(g)
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Se 8,00 kg de nitrato de amônio são misturados com alumínio em pó, em excesso
estequiométrico, qual a quantidade de calor produzida (à pressão constante)?
Dados (valores aproximados):
Massas molares (g/mol): N = 14; O = 16; H = 1
Entalpia de formação: Al2O3(g) = -1675,7; H2O(g) = -241,8
ΔHf º , a 25 ºC (kJ/mol); NH4 NO3(s) = -365,6; N2O(g) = 82,0
9.A substituição de CO no complexo Ni(CO)4 foi estudada por Day et al ., e este estudo levou ao
entendimento de alguns princípios gerais que governam a química dos compostos que contêm a
ligação metal-CO.
Na reação: Ni(CO)4 + L→ Ni(CO)3L + CO
L é um doador de elétrons do tipo P(CH3)3. Um detalhado estudo cinético desta reação levou à
proposição do seguinte mecanismo:
1 ª etapa (lenta) Ni(CO)4 → Ni(CO)3 + CO
2 ª
etapa (rápida) Ni(CO)3 + L→ Ni(CO)3L
a) Qual é a molecularidade de cada uma destas reações ?
b) Foi encontrado que, dobrando a concentração de Ni(CO)4, a velocidade da reação aumenta
por um fator de 2 (dois) e, dobrando a concentração de L, a velocidade da reação não é alterada.
Baseado nesta informação, escreva a expressão de velocidade desta reação.
c) A constante de velocidade experimental para a reação, a 20 ºC, quando L = P(C6H5)3, é 9,3 x
10-3 s-1. Se a concentração inicial de Ni(CO)4 é 0,025 mol/L, qual será a concentração do
produto após 5 minutos ?
d) Ni(CO)4 é formado pela reação de níquel metálico com monóxido de carbono. Se você tem
750 mL de CO à pressão de 1,50 atm, a 22 ºC, e combina com 0,75 g de níquel metálico,
quantos gramas de Ni(CO)4 pode ser formado ? Se, após a reação, permanece um resíduo de
CO, qual será sua pressão, no frasco de 750 mL, à temperatura de 29 ºC ?
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e) Um excelente caminho para a obtenção de níquel metálico é a decomposição de Ni(CO)4, a
vácuo, a temperatura ligeiramente superior a ambiente. Qual será a variação de entalpia nessa
reação de decomposição (equação abaixo), se a entalpia molar de formação de Ni(CO)4 é -602,9
kJ/mol?
Ni(CO)4(g) → Ni(s) + 4 CO(g)
Dados (valores aproximados):
Massas molares (g/mol): C = 12; N = 14; Ni = 58,7; O = 16
Entalpia de formação (ΔHf º ), a 25 ºC, em kJ/mol: CO(g) = -110,5
Constante universal dos gases (R): 0,082 atm.L.mol-1
.K -1
10.A anilina, C6H5 NH2, é uma base fraca, muito empregada na indústria de corantes. Seu ácido
conjugado, cloridrato de anilina, [C6H5 NH3]Cl, K a = 2,4 x 10-5, pode ser facilmente titulado com
uma base forte como NaOH. Considerando que você titulou 25,0 mL de uma solução de
cloridrato de anilina 0,100 mol/L com uma solução de NaOH 0,115 mol/L, responda:
a) Qual o pH da solução de [C6H5 NH3]Cl antes do início da titulação ?
b) Qual o pH no ponto de equivalência ?
c) Qual o pH no ponto médio da titulação ?
d) Que indicador poderia ser utilizado para detectar o ponto de equivalência ?
e) Calcule o pH da solução após a adição de 5,00; 10,0; 15,0; 20,0; 24,0 e 30,0 mL da base e a
partir desses dados, combinado com as respostas dos itens anteriores, desenhe um esboço da
curva de titulação.
11. Na tabela seguinte figuram as entalpias-padrão e as energias livres de formação de
algumas substâncias iônicas cristalinas e em solução aquosa 1 m (molal):
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Substância H f (kJ/mol) G f (kJ/mol)
AgNO3 (s) -124,4 -33,4
AgNO3 (aq., 1m) -101,7 -34,2
MgSO4 (s) -1283,7 -1169,6
MgSO4 (aq., 1m) -1374,8 -1198,4
a) escreva a reação de formação do AgNO3(s). Com base nesta reação, a entropia dosistema aumenta ou diminui no processo de formação do AgNO3(s)?
b) com os valores de Hf e de Gf do AgNO3(s), determine a entropia de formação
desta substância. O resultado é compatível com a resposta no item (a)?
c) a dissolução de AgNO3(s) em água é um processo exotérmico ou endotérmico ? E o da
dissolução do MgSO4(s) em água?
d) com os dados da tabela calcule a variação de entropia das dissoluções de AgNO 3(s) e
de MgSO4(s) em água.
e) compare e discuta os resultados do item (d), em termos da variação de entropia dos
processos de dissolução de sólidos cristalinos.
12. Hidrogênio gasoso pode ser produzido a partir da reação entre carvão e vapor d'água, como
mostra a reação:
C(s) + H2O(g) → CO(g) + H2(g)
a) Calcule o G0
para esta reação a 25° C, considerando que C(s) é grafite.
b) Calcule o k P para esta reação a 25° C.
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c) Esta reação ocorre espontaneamente sob estas condições ? Se não, a que temperatura ela se
tornará espontânea ?
Dados (valores aproximados):
R = 8,31 J/K.mol
H2O(g) → Δ H0
f = -241,8 kJ/mol , ΔS0f = +188,8 kJ/.mol e ΔG
0f = -228,6 kj/mol(298,15K)
CO(g) → ΔH0f = -110,5 kJ/mol , ΔS0
f = +197,kJ/.mol e ΔG0f = -137,2 kj/mol (298,15K)
13. Para cada um dos seguintes processos, indique e justifique o sinal algébrico de ΔH0 ,
ΔS0
e ΔG0:
a) A "quebra" da molécula de água líquida em hidrogênio e oxigênio gasosos, processo que
requer considerável quantidade de energia.
b) A dissolução de pequena quantidade de NH4Cl em água. A solução torna-se bastante fria no
processo.
c) A explosão de dinamite, uma mistura de nitroglicerina (C3H5 N3O9) e terra diatomácea. Essa
decomposição explosiva origina produtos gasosos, tais como água, CO2 e outros. Muito calor é
liberado neste processo
d) A combustão de gasolina no motor de um carro, como exemplificado pela combustão do
octano:
2 C8H18(g) + 25 O2(g) → 16 CO2(g) + 18 H2O(g) + calor
14. Um gás, inicialmente sob uma pressão de 1500kPa e tendo um volume de 10,0 dm 3,
expande-se isotermicamente em duas etapas. Na primeira etapa, a pressão externa é mantida
constante em 750 kPa; na segunda etapa, a pressão externa é mantida a 100 kPa. Quais são as
variações globais na energia do sistema e do ambiente? Quais os valores de q e w para cada
etapa? Considere o gás como ideal.
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15. Se 500 cm3
de um gás são comprimidos a 250 cm3, sob uma pressão externa constante de
300kPa, e se o gás também absorve 12,5kJ , qual será o valor de Q,W,ΔU para o gás expresso
em kJ? Qual o valor de ΔU para o ambiente?
16. O acetileno, C2H2, um gás usado nos maçaricos de solda, é produzido pela ação de água
sobre o carbeto de cálcio, CaC2. Dadas as seguintes equações termodinâmicas, calcule ΔHf ° para
o acetileno
CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(s) ΔH°= -65 kJ
CaO(s) + 3 C(s) → CaC2(s) +CO(g) ΔH°= +462 kJ
CaC2(s) + 2 H2O(l) → Ca(OH)2(s) + C2H2(g) ΔH°= -126 kJ
2 C(s) + O2(g) → 2 CO(g) ΔH°= -221 kJ
2 H2O(l) → 2 H2(l) + O2(g) ΔH°= +572 kJ
17. Em um compartimento de uma bomba calorimétrica( volume constante) rodeado de 945 g
de água, a combustão de 1,048 g de benzeno, C6H6(l), elevou a temperatura da água desde
23,640°C a 32,692°C. A capacidade calorífica do calorímetro é de 891 J°C-1 e a da água 4,184
J.g-1
.°C-1
.
a) Escreva a equação química balanceada para a reação de combustão do benzeno.
b) Calcule ΔUcomb(C6H6) expresso em kJ.mol-1
18. A amônia é um composto muito importante. Ela é largamente utilizada na produção de
fertilizantes. Atualmente, a amônia é produzida a partir do nitrogênio e do hidrogênio através do
processo Haber- Bosch.
a) Escreva a equação química para esta reação.
b) Calcule a entalpia, a entropia e a energia livre de Gibbs da reação sob condições
padrões. A reação é espontânea?( Use os valores da tabela 1).
A reação da letra a tem uma elevada energia de ativação.
c) O que acontecerá se você misturar nitrogênio e hidrogênio na temperatura ambiente?
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São dados os valores das propriedades termodinâmicas da reação de formação da
amônia a 800K e a 1300K na tabela 2.
d) Calcule as energias livre de Gibbs nas duas temperaturas. Nessas temperaturas, a
reação é espontânea?
e) Calcule a fração molar de NH3 formada teoricamente a 298,15K, 800K e 1300K
na pressão padrão.(Assuma que os gases tenham comportamento ideal, e que os
reagentes são adicionados em proporções estequiométricas).
Num processo industrial, procura- se ter uma reação rápida e com alta taxa de
rendimento. Da letra c, temos que a reação tem uma alta energia de ativação. E da
letra d, temos que o rendimento diminui com o aumento da temperatura.
f) Diga o efeito da adição de um catalisador sobre a entalpia, entropia, energia livre
de Gibbs, rendimento e a velocidade da reação da formação da amônia.
g) Diga o efeito que um aumento de pressão gera sobre o rendimento da reação.
Tabela 1
Substância ΔHf °(kJ. mol-1
) S°(J.mol-1
.K -1
)
N2(g) 0 191,6
NH3(g) -45,9 192,8
H2(g) 0 130,7
Tabela 2
Temperatura ΔH(kJ) ΔS(J.K -1
)
800K -107,4 -225,4
1300K -112,4 -228
19. (IME 2004/2005) O consumo de água quente de uma casa é de 0,489 m3 por dia. A água
está disponível a 10,0°C e deve ser aquecida até 60,0°C pela queima de gás propano. Admitindo
que não haja perda de calor para o ambiente e que a combustão seja completa, calcule o
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volume(em m3) necessário deste gás, medido a 25,0°C e 1,00 atm, para atender à demanda
diária.
Dados: constante dos gases (R=82,0×10-6
m3.atm/K.mol)
massa específica da água(=1,00×103kg/m
3)
calor específico da água(c=1,00 kcal/kg.°C)
calores de formação a 298K a partir de seus elementos: C 3H8(g)= -25,0 kcal/mol
H2O(g)= -58,0 kcal/mol
CO2(g)= -94,0 kcal/mol
20. ( IME 2002/2003) O valor experimental para o calor liberado na queima de benzeno líquido
a 25 ° C, com formação de dióxido de carbono e água líquida, é 780 kcal/mol. A combustão é
feita em uma bomba calorimétrica a volume constante.Considerando comportamento ideal para
os gases formados e R=2,0 cal/mol.K, determine:
a) O calor padrão de combustão do benzeno a 25°C;
b) Se o calor calculado no item anterior é maior ou menor quando a água é formada no estado
gasoso. Justifique sua resposta.
21. (IME 2001/2002) Uma amostra de 0,640g de naftaleno sólido(C10H8) foi queimada num
calorímetro de volume constante, produzindo somente dióxido de carbono e água. Após a
reação, verificou- se um acréscimo de 2,4°C na temperatura do calorímetro. Sabendo- se que a
capacidade calorífica do calorímetro era de 2570 cal/ °C e considerando-se que a variação de
pressão foi muito pequena, calcule a entalpia de formação do naftaleno.
Dados:1)entalpia de formação do CO2(g):-94,1 kcal/mol
2)entalpia de formação da água(l): -68,3 kcal/mol
22. (IME 2000/2001) U ma mistura de metano e ar atmosférico, a 298K e 1atm, entre
em combustão num reservatório adiabático, consumindo completamente o metano. O processo
ocorre a pressão constante e os produtos formados( CO2, H2O, N2 e O2) permanecem em fase
gasosa. Calcule a temperatura final do sistema e a concentração molar final de vapor d’água,
sabendo- se que a pressão inicial do CH4 é de 1/16 atm e a do ar é de 15/16 atm. Considere o ar
atmosférico constituído somente por N2 e O2 e o trabalho de expansão desprezível.Dados:
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Constante universal dos gases: R=0,082 atm.L.mol-1
.K -1
Entalpia de formação a 298K :CO2(g)=-94050 cal/mol
H2O(g)=-57800 cal/mol
CH4(g)=-17900 cal/mol
Variação de entalpia(HT° - H298°) em cal/mol:
T(K) CO2(g) H2O(g) N2(g) O2(g)
1700 17580 13740 10860 11470
2000 21900 17260 13420 14150