EXERCÍCIOS EXTRAS
ALUNO(A):______________________________________________________________________
DATA: 15/03/2015
Físico-Química
Professor:
ALEX
Termoquímica(Calor de formação e combustão) 01 - (UFES)
Considere a equação química não balanceada abaixo, que representa a reação de obtenção do etanol de primeira geração a partir da fermentação do caldo de cana sob ação de certas leveduras. O processo ocorre a pressão constante.
C6H12O6 (l) C2H5OH (l) + CO2 (g)
a) Determine qual seria a ordem global da reação acima, supondo que a unidade da constante de velocidade fosse L.mol–1.s–1.
b) Calcule a quantidade de energia envolvida na produção de 1,0 (um) mol de etanol.
c) Determine quantos gramas de etanol deveriam sofrer combustão para se produzir a mesma quantidade de energia produzida na combustão de 1,0 (um) mol de glicose.
d) Escreva a equação química balanceada que representa a reação de formação da glicose.
Dados:
Calor de formação da Glicose (l) (298 K, 1 atm) = – 1.274 kJ.mol–1
Calor de formação do Etanol (l) (298 K, 1 atm) = – 278 kJ.mol–1
Calor de formação do Gás Carbônico (g) (298 K, 1 atm) = –394 kJ.mol–1
Calor de formação da Água (l) (298 K, 1 atm) = – 286 kJ.mol–1
02 - (IFGO)
A quantidade de calor em kcal formado pela combustão de 156,0g de etino, a 25°C, conhecendo-se as entalpias (H) de formação do CO2 (g), H2O(l), e etino(g), é
aproximadamente:
Dados:
Entalpias padrão de formação
CO2(g)... –94,1kcal.mol – 1 H2O(l)... –68,30kcal.mol–1 C2H2(g)... +54,20kcal.mol–1 a) –1864,20 kcal. b) –1320,47 kcal. c) –2640,95 kcal. d) + 2640,95 kcal. e) + 528,19 kcal. 03 - (Unimontes MG)
O bicarbonato pode ser utilizado para apagar pequenos incêndios, em função da liberação de gás carbônico, conforme a equação:
2NaHCO3 (s) Na2CO3(s) + H2O(l) + CO2 (g). Utilizando os dados de entalpia padrão de formação dessas substâncias, 394,0 (g) CO 286,0 O(l) H 1130,0 (s) CO Na 947,0 (s) NaHCO 2 2 3 2 3 ) mol (kJ ΔHº s Substância 1
pode-se afirmar que a reação é
a) exotérmica e apresenta valor de Ho = – 84 kJ. b) endotérmica e apresenta valor de Ho = 84 kJ. c) endotérmica e apresenta valor de Ho = 680 kJ. d) exotérmica e apresenta valor de Ho = – 680 kJ.
04 - (UNIFOR CE)
Gás natural veicular (GNV) é um combustível disponibilizado na forma gasosa, a cada dia mais utilizado em automóveis como alternativa à gasolina e ao álcool. O GNV diferencia-se do gás liquefeito de petróleo (GLP) por ser constituído por hidrocarbonetos na faixa do metano e do etano, enquanto o GLP possui em sua formação hidrocarbonetos na faixa do propano e do butano.
Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/G%C3%A1s_natural_veicula
r. A combustão do metano produz gás carbônico e água. A tabela abaixo apresenta dados termoquímicos relativos ao processo de combustão do metano:
Fonte:http://pt.wikipedia.org/wiki/Lei_de_Hess 286 ) l ( O H 394 ) g ( CO 0 ) g ( O 75 ) g ( CH mol . kJ / H Composto 2 2 2 4 1 f
Usando os dados fornecidos, e sabendo que um tanque típico de GNV (suponha que este é formado exclusivamente por metano) possui 19 m3. A quantidade de calor produzido e o tipo de processo associado a queima total de um tanque de GNV será respectivamente:
Dados: Peso molar: C = 12; H = 1; O = 16.
densidade GNV = 0,6 Kg / m3.
a) 3,2 x 105 kJ/mol e o processo seria exotérmico. b) 6,4 x 105 kJ/mol e o processo seria endotérmico. c) 6,4 x 105 kJ/mol e o processo seria exotérmico. d) 6,4 kJ/mol e o processo seria endotérmico. e) 12,8 x 105 kJ/mol e o processo seria exotérmico.
05 - (UEL PR)
A tabela, a seguir, mostra as entalpias padrão de formação H0f a 25 ºC.
O metanol já foi usado como combustível na fórmula Indy, com o inconveniente de produzir chama incolor e ser muito tóxico. Atualmente, utiliza-se etanol, proveniente da fermentação do caldo na cana-de-açúcar, o mesmo utilizado em automóveis no Brasil.
a) Compare a quantidade de energia liberada (kJ) pela combustão de 1,00 g de metanol com a produzida por 1,00 g de etanol. Justifique sua resposta. b) Se um automóvel da fórmula Indy gastar 5 litros de
etanol (d = 0,80 g/mL) por volta em um determinado circuito, calcule a energia liberada (kJ) pelo seu motor em cada volta.
06 - (UFRN)
A civilização moderna consome muita energia. Uma grande quantidade dessa energia é produzida pela queima de derivados do petróleo, como a gasolina, da qual um dos compostos fundamentais é o octano (C8H18). A seguir,
representa-se a equação ajustada da combustão completa do octano, a 298 K e 1 atm: C8H18(l) + 25/2 O2(g) 8 CO2(g) + 9H2O(l) a) Se Re (Prod) o(Reag) f o f ação
, calcule avariação de entalpia para a combustão de um mol de octano, de acordo com os dados da tabela abaixo.
0 , 286 ) O( H 0 , 394 (g) CO 0 , 5110 ) ( H C kJ/mol ΔH Substância atm 1 K e 298 Dados a 2 2 18 8 o f
b) Uma alternativa para diminuir o impacto poluente do CO2(g) produzido pela combustão da gasolina, é o
uso de etanol (C2H5OH).
Escreva a equação da combustão completa do etanol e explique, considerando o impacto do CO2(g), por
que ele é menos poluente que a gasolina.
07 - (UFPE)
A gasolina é composta majoritariamente por octano (C8H18), e o gás natural veicular (GNV), por metano
(CH4). A energia liberada pela combustão completa do
octano e do metano são, respectivamente, de 47 kJ/g e 54 kJ/g. A combustão do gás hidrogênio, que tem sido proposto como uma forma de energia alternativa, libera aproximadamente 120 kJ/g.
Sabendo-se que as massas atômicas de C, H e O são 12, 1 e 16 g/mol, respectivamente, é correto afirmar que a: a) entalpia de combustão da gasolina é de 2.679 kJ/mol. b) entalpia de combustão do hidrogênio é 2.400 kJ/mol. c) entalpia de combustão do metano é 864 kJ/mol. d) combustão do hidrogênio produz CO2 e água. e) entalpia da reação C8H187H28CH4 não pode
ser calculada combinando-se as equações de combustão de octano, metano e hidrogênio de forma apropriada.
08 - (UFES)
O etano (componente do gás natural) e o n-hexano (componente da gasolina) possuem calores de combustão iguais
Hco = -1560 kJmol-1 e Hco = -4163 kJmol-1, respectivamente.
a) Escreva as equações químicas balanceadas das reações de combustão do etano e do n-hexano. b) O que irá produzir mais CO2 na combustão: 1,0 kg de
etano ou 1,0 kg de n-hexano? Justifique sua resposta. c) O que irá produzir mais calor na combustão: 1,0 kg
de etano ou 1,0 kg de n-hexano? Justifique sua resposta.
d) Para as mesmas quantidades de energia liberada na combustão, qual composto irá produzir mais CO2?
Justifique sua resposta.
09 - (UFSCAR SP)
O prêmio Nobel de química em 1996 foi atribuído à descoberta da molécula C60, com forma de bola de
futebol, representada na figura.
Seguindo a descoberta dos fulerenos, os nanotubos de carbono foram sintetizados. Esses avanços estão relacionados à promissora área de pesquisa que é a nanotecnologia. No C60 cada átomo de carbono está
ligado a outros 3 átomos.
Dadas as entalpias-padrão de formação: C60 (s)= +2300kJ/mol
CO2 (g) = –390 kJ/mol
A entalpia de combustão completa, em kJ/mol, e a razão entre o número de ligações simples e duplas no C60 são,
respectivamente, iguais a a) –1910 e 3. b) –1910 e 2. c) –21100 e 3. d) –25700 e 3. e) –25700 e 2. 10 - (UDESC SC)
A indústria siderúrgica utiliza-se da redução de minério de ferro para obter o ferro fundido, que é empregado na obtenção de aço. A reação de obtenção do ferro fundido é representada pela reação:
Fe2O3 + 3CO 2 Fe + 3CO2
Dados: Entalpia de formação (Hof) a 25ºC, kJ/mol.
A entalpia de reação (ΔHo r) a 25ºC é: a) 24,8 kJ/mol b) –24,8 kJ/mol c) 541,2 kJ/mol d) –541,2 kJ/mol e) 1328,2 kJ/mol
TEXTO: 1 - Comum à questão: 11
Ao longo de cinco séculos de exploração, a cultura da cana-de-açúcar desempenhou sucessivos e importantes papéis na economia brasileira: impulsionou o Período Colonial, sustentando o Império, deu origem a indústrias, destacou a nação como exportadora, alavancou o desenvolvimento de áreas do Nordeste (mais tarde, também do Centro-Sul) e ainda forneceu ao país uma alternativa ao uso do petróleo, na geração de energia. O açúcar e o álcool (álcool comum) são os principais derivados da cana-de-açúcar. Do primeiro, o Brasil é hoje um dos principais produtores e exportadores mundiais e do segundo, destaca-se como produtor, já que o comércio internacional desse combustível ainda carece de expressão.
Uma conjuntura favorável ao aquecimento do consumo de álcool tem-se desenhado nos últimos tempos, através do início da comercialização de automóveis com motor bicombustível, isto é, motor que tanto pode funcionar com gasolina quanto com derivado de cana, como também com uma mistura de ambos, em quaisquer proporções. Outro estímulo ao uso do álcool como combustível é o fato de sua contribuição para o efeito estufa ser significativamente menor do que a dos combustíveis fósseis atualmente utilizados, isto porque o dióxido de carbono que é hoje lançado na atmosfera através de sua combustão, é o mesmo que ontem foi seqüestrado pela fotossíntese quando na composição da biomassa original (cana-de-açúcar) desse combustível.
TOLEDO, L.R. e SOUZA, E. Globo Rural nº 214: São Paulo, agosto de 2003 [adapt.].
11 - (UFPEL RS)
O combustível citado no texto, obtido a partir da cana-de-açúcar, queima, a pressão constante, segundo a equação
kcal 327 O H 3 CO 2 O 3 OH H C2 5 () 2(g) chama 2(g) 2 () Na equação acima, a palavra chama (sobre a seta) e a
quantidade de calor se referem, respectivamente, a) à energia de ativação e à variação de entalpia da
reação.
b) ao catalisador e à variação de entropia da reação. c) à variação de entropia e à variação de energia interna
da reação.
d) à variação de entropia e à variação de energia livre da reação.
e) ao catalisador e à energia de ativação da reação.
TEXTO: 2 - Comum à questão: 12
Deverá entrar em funcionamento em 2017, em Iperó, no interior de São Paulo, o Reator Multipropósito Brasileiro (RMB), que será destinado à produção de radioisótopos para radiofármacos e também para produção de fontes radioativas usadas pelo Brasil em larga escala nas áreas industrial e de pesquisas. Um exemplo da aplicação tecnológica de radioisótopos são sensores contendo fonte de amerício-241, obtido como produto de fissão. Ele decai para o radioisótopo neptúnio-237 e emite um feixe de radiação. Fontes de amerício-241 são usadas como indicadores de nível em tanques e fornos mesmo em ambiente de intenso calor, como ocorre no interior dos alto fornos da Companhia Siderúrgica Paulista (COSIPA).
A produção de combustível para os reatores nucleares de fissão envolve o processo de transformação do composto sólido UO2 ao composto gasoso UF6 por meio
das etapas: I. UO2 (s) + 4 HF (g) UF4 (s) + 2 H2O (g) II. UF4 (s) + F2 (g) UF6 (g) (Adaptado de www.brasil.gov.br/ciencia-e-tecnologia/2012/02/ reator-deve-garantir-autossuficiencia-brasileira-em-radiofarmacosa- partir-de-2017 e H. Barcelos de Oliveira, Tese de Doutorado, IPEN/CNEN, 2009, in: www.pelicano.ipen.br)
12 - (FGV SP)
Considere os dados da tabela:
242 ) g ( O H 270 ) g ( HF 2150 ) g ( UF 1900 ) s ( UF 1100 ) s ( UO ) mol kJ ( H Substância 2 6 4 2 1 o f
O valor da entalpia padrão da reação global de produção de 1 mol de UF6 por meio das etapas I e II, dada em
kJmol–1, é igual a
a) –454. b) –764.
c) –1 264. d) +454.
e) +1 264.
TEXTO: 3 - Comum à questão: 13
O aumento da demanda de energia é uma das principais preocupações da sociedade contemporânea.
A seguir, temos equações termoquímicas de dois combustíveis muito utilizados para a produção de energia.
I. CH3-CH2-OH(l) + 3O2(g) 2CO2(g) + 3H2O(l) H
= –1366,8 kJ ______________________________________________ II. CH 3 C CH3 CH3 CH2 CH CH3 CH3(l) + 25/2 O2(g) 8 CO2(g) + 9 H2O(l) H = –5461,0 kJ 13 - (FATEC SP)
Dadas as entalpias de formação dos compostos: CO2(g) Hf = –393 kJ/mol
H2O(l) Hf = –286 kJ/mol
conclui-se, corretamente, que a entalpia de formação do combustível presente em I é, em kJ/mol,
a) –107,5. b) +107,5.
c) –277,2. d) +277,2.
e) +687,7.
TEXTO: 4 - Comum à questão: 14
A anilina (C6H5NH2), matéria-prima importante para
diversos ramos das indústrias química e farmacêutica, pode ser obtida pela reação entre nitrobenzeno e ferro, representada pela seguinte equação:
4 C6H5NO2 + 9 Fe + 4 H2O 4 C6H5NH2 + 3 Fe3O4 + 540
14 - (Fac. de Ciências da Saúde de Barretos SP)
A energia dessa reação, expressa sob a forma de H, em kJ por mol de anilina formada, é
a) – 1 680. b) – 135. c) + 2 160. d) – 2 160. e) + 135.
TEXTO: 5 - Comum à questão: 15
Os carboidratos são a principal fonte de energia para o organismo humano. A reação global de conversão dos açúcares em energia pode ser representada pela equação abaixo.
C6H12O6(s) + 6O2(g) 6CO2(g) + 6H2O(l) + energia A seguir, são mostradas as estruturas de cadeia aberta de dois importantes monossacarídeos.
C C C C C CH2OH OH OH H OH H HO H H O H d-glicose C C C C C CH2OH OH OH H O H H H HO OH H d-frutose
As formas abertas dos monossacarídeos podem sofrer ciclização. A depender do lado em que ocorre o ataque nucleofílico da hidroxila sobre o carbono da carbonila, a ciclização resulta em dois isômeros diferentes, conforme exemplificado abaixo para a d-glicose.
C C C C C CH2OH OH OH H OH H HO H H O H d-glicose O CH2OH OH OH OH O CH2OH OH OH OH OH -d-glicose -d-glicose 15 - (ESCS DF)
Entalpias padrão de formação (ΔH0
f) a 25 ºC 8 , 285 O(l) H 5 , 393 (g) CO 1.271 (s) O H C 2 2 6 12 6 (kJ/mol) ΔH composto 0f
Com base nas entalpias padrão de formação apresentadas na tabela acima, assinale a opção que corresponde ao valor da entalpia padrão de combustão da glicose a 25 ºC. a) –2.209 kJ/mol b) –2.604 kJ/mol c) –2.805 kJ/mol d) –1.508 kJ/mol
TERMOQUÍMICA NO ENEM
1. (Enem 2011) Um dos problemas dos combustíveis que
contêm carbono é que sua queima produz dióxido de carbono. Portanto, uma característica importante, ao se escolher um combustível, é analisar seu calor de combustão ( h co), definido como a energia liberada na queima completa de um
mol de combustível no estado padrão. O quadro seguinte relaciona algumas substâncias que contêm carbono e seu
o c H
.
Substância Fórmula Hco(kJ/mol)
benzeno C H ( ) 6 6 - 3 268
etanol C H OH ( ) 2 5 - 1 368
glicose C H O (s) 6 12 6 - 2 808
metano CH (g) 4 - 890
octano C H8 18( ) - 5 471
Neste contexto, qual dos combustíveis, quando queimado completamente, libera mais dióxido de carbono no ambiente pela mesma quantidade de energia produzida?
a) Benzeno. b) Metano. c) Glicose. d) Octano. e) Etanol.
2. (Enem 2010) No que tange à tecnologia de combustíveis
alternativos, muitos especialistas em energia acreditam que os alcoóis vão crescer em importância em um futuro próximo. Realmente, alcoóis como metanol e etanol têm encontrado alguns nichos para uso doméstico como combustíveis há muitas décadas e, recentemente, vêm obtendo uma aceitação cada vez maior como aditivos, ou mesmo como substitutos para gasolina em veículos.
Algumas das propriedades físicas desses combustíveis são mostradas no quadro seguinte.
Álcool Densidade a 25°C (g/mL) Calor de Combustão (kJ/mol) Metanol (CH3OH) 0,79 – 726,0 Etanol (CH3CH2OH) 0,79 – 1367,0 Dados: Massas molares em g/mol:
H = 1,0; C = 12,0; O = 16,0.
Considere que, em pequenos volumes, o custo de produção de ambos os alcoóis seja o mesmo. Dessa forma, do ponto de vista econômico, é mais vantajoso utilizar
a) metanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 22,7 kJ de energia por litro de combustível queimado.
b) etanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 29,7 kJ de energia por litro de combustível queimado.
c) metanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 17,9 MJ de energia por litro de combustível queimado.
d) etanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 23,5 MJ de energia por litro de combustível queimado.
e) etanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 33,7 MJ de energia por litro de combustível queimado.
3. (Enem 2009) Nas últimas décadas, o efeito estufa tem-se
intensificado de maneira preocupante, sendo esse efeito muitas vezes atribuído à intensa liberação de CO2 durante a queima de
combustíveis fósseis para geração de energia. O quadro traz as entalpias-padrão de combustão a 25 ºC (ÄH025) do metano, do
butano e do octano. composto fórmula molecular massa molar (g/moℓ) ÄH025 (kj/moℓ) metano CH4 16 - 890 butano C4H10 58 - 2.878 octano C8H18 114 - 5.471
À medida que aumenta a consciência sobre os impactos ambientais relacionados ao uso da energia, cresce a importância de se criar políticas de incentivo ao uso de combustíveis mais eficientes. Nesse sentido, considerando-se que o metano, o butano e o octano sejam representativos do gás natural, do gás liquefeito de petróleo (GLP) e da gasolina, respectivamente, então, a partir dos dados fornecidos, é possível concluir que, do ponto de vista da quantidade de calor obtido por mol de CO2 gerado, a ordem crescente desses três
combustíveis é: a) gasolina, GLP e gás natural. b) gás natural, gasolina e GLP. c) gasolina, gás natural e GLP. d) gás natural, GLP e gasolina. e) GLP, gás natural e gasolina. GABARITO: 1) Gab: a) 2ª ordem
b) –35 kJ ou – 35 kJ para a produção de 1 mol de etanol c) 94,4g ou 94,35g d) 6C(grafite) + 6H2(g) + 3 O2(g) C6H12O6(s) 2) Gab: A 3) Gab: B 4) Gab: C 5) Gab: a) Calculando o mol
Portanto, o etanol produz mais energia por grama. b) 107200 kJ
6) Gab:
a) - 616 kJ
b) 1 C2H5OH(l) + 3 O2(g) 2 CO2(g) + 3
H2O(v)
A combustão do etanol produz menor impacto ambiental por se tratar de um combustível renovável.
7) Gab: C 8) Gab:
a) Equações químicas balanceadas
C2H6(g) + 7/2 O2(g) 2CO2(g) + 3 H2O(g) Hco= -1560 kJ/mol
C6H14(g) + 19/2 O2(g) 6CO2(g) + 7 H2O(g) Hco= -4163 kJ/mol
b) Cálculo de CO2 produzido para 1,0 kg queimados
- Para o etano: 30 g – 1,0 mol
1000 g – x x = 33,3mols que irão, pela estequiometria, produzir 66,6 mols de CO2.
- Para o n-hexano: 86 g – 1,0 mol
1000 g – x x = 11,6 mols que irão, pela estequiometria, produzir 69,6 mols de CO2. Portanto
um pouco mais que o etano.
c) 1,0 kg de etano (33,3 mols), produzirão
aproximadamente 33,3x 1560 kJ = 51948 kJ.
1,0 kg de n-hexano (11,6 mols), produzirão
aproximadamente 11,6x4163 kJ = 48291 kJ. Liberando um pouco menos que o etano.
d) Considere 1 mol de etano como referência (-1.560 kJ). Para o n-hexano liberar tal energia, deve-se queimar aproximadamente 0,37 mol do mesmo. A cada 1,0 mol de n-hexano queimado, 6,0 mols de
CO2 são produzidos, assim, 0,37 produzirão aproximadamente 2,2 mols de CO2, um pouco
acima do etano. 9) Gab: E 10) Gab: B 11) Gab: A 12) Gab: A 13) Gab: C 14) Gab: B 15) Gab: C TERMOQUÍMICA NO ENEM Gabarito: Resposta da questão 1:[C] Resposta da questão 2:[D]
Resposta da questão 3:[A]
Bons estudos...
