Termodin Mica Qu Cmica 63

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.




Por Alinne Oliveira

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):




Por Alinne Oliveira

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




Por Alinne Oliveira

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)




Por Alinne Oliveira

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 ?




Por Alinne Oliveira

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)


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):




Por Alinne Oliveira

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 ?


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.




Por Alinne Oliveira

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?




Por Alinne Oliveira

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




Por Alinne Oliveira

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:




Por Alinne Oliveira

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

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