Termoquímica - Exercícios - Química, Notas de estudo de Química. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUC-RS)
Paulo89
Paulo895 de Março de 2013

Termoquímica - Exercícios - Química, Notas de estudo de Química. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUC-RS)

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Apostilas e exercicios de Química sobre o estudo da Termoquímica.
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1

Instituto de Química/UFRGS Departamento de Físico-Química

Físico-Química I-B Turma A

Lista de Exercícios N0 4: TERMOQUÍMICA

1) Admitindo que o ser humano necessite de 2500 “calorias” diárias para a atividade metabólica, calcule a massa de sacarose (C12H22O11) necessária para fornecer essa quantidade de energia. (∆Hc

0 298 = -5864 J). Resp. 610 g

2) A partir de dados de entalpia de combustão (∆Hc

0 298) da Tabela 1, determine a

entalpia de formação do acetileno. Nas reações de combustão em que há formação de água, esta se encontra no estado líquido. Resp.: 226,72 kJ

Substância ∆Hc 0 (kJ/mol)

H2 (g) -285,83 C(s,grafita) -393,509 CO(g) -282,984 CH4 (g) -890,36 C2H2 (g) -1299,57 C2H4 (g) -1410,93

3) Qual das reações abaixo fornecerá maior quantidade de entalpia por unidade de massa total dos reagentes (entalpia específica)? A entalpia específica é importante para indicar qual reação é mais adequada `a propulsão de foguetes. a) 2H2 (g) + 02 (g) ⇒2H20 (g) ∆H

0 = -483,6 kJ

b) 3H2 (g) + 03 (g) ⇒3H20 (g) ∆H 0 = -868,2 kJ

Resp. Reação b) com entalpia específica igual a -16 kJ/g . 4) Calcule a entalpia-padrão da reação abaixo na temperatura de 373K:

O3(g) + OH(g) → H(g) + 2 O2 (g)

Dados: ∆H 0 298 = 36,3 kJ .mol -1

O3 (g) : Cp = 39,29 J.grau -1.mol-1

OH (g) : Cp = 29,866 J.grau -1.mol-1

H (g) : Cp = 20,784 J.grau -1.mol-1

O2(g) : Cp = 29,355 J.grau -1.mol-1

Resp.: ∆H0 373 = 37,1 kJ 5) Calcule a entalpia de formação do vapor d’água a 300C. Dados: ∆H373 = -241,8 kJ

H2O(g) : Cp = 30,1 + 11,7.10 -3T + 1,13.10-6 T2 J.grau-1.mol-1

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2

H2(g) : Cp = 29,3 - 8,4.10 -4T + 2,1.10-6T2 J.grau-1.mol-1

O2(g) : Cp = 25,5 + 1,4.10 -2T + 4,2.10-6T2 J.grau-1.mol-1

Resp.: ∆H573=-243,8 kJ 6) Fornecida a energia interna padrão de combustão a 25C para as reações abaixo, determine a respectiva entalpia padrão de combustão:

a) C6H5COOH(S) + 15

2 O2(g) → 7CO2(g) + 3H2O(l)

Dado: ∆Uo = -3234,2 kJ Resp: ∆Hc

0= -3235,4 kJ

b) C2H6(g) + 7

2 O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l)

Dado: ∆Uo = -1552,3 kJ Resp: ∆Hc

0= -1558,5 kJ c) C10H8(s) + 12O2(g) → 10CO2(g) + 4H2O(l) Dado: ∆Uo = -5146,3 kJ Resp: ∆Hc

0= -5151,3 kJ 7) a) Deduza uma expressão para o efeito térmico da reação abaixo em função da temperatura: N2 (g) + 2O2 (g) ⇒ N2O4 (g) , ∆H

0 298=9,079 kJ

Dados:

c N T T J mol K

c O T T J mol K

c N O T T J mol K

p g

p g

p g

, , , . , . ( . . )

, , , . , . ( . . )

, , , , . ( . . )

( )

( )

( )

2

3 5 2 1 1

2

2 6 2 1 1

2 4

5 2 1 1

27 565 5 2310 4 010

25 849 1 310 3 86210

37 49 0 156 7 510

= + −

= + −

= + −

− − − −

− − − −

− − −

b) Determine também a temperatura na qual o efeito térmico apresenta o valor mínimo. Resp: T=362,9 K

8) Calcule a temperatura máxima de chama quando metano é queimado a pressão constante com a quantidade de ar teórica, tendo uma temperatura inicial de 25C. Suponha que 80% do metano reagem. Resp: T=1763,4 K Dados: CH4(g) + 2O2(g) →CO2(g) + 2H2O(g) ∆H0298 = -691,2 kJ

CH Cp T J grau molg4 2 1 131 4 2 110( ) : , , . .= + ⋅ ⋅ − − −

O Cp T J grau molg2 3 1 127 2 4 1810( ) : , , . .= + ⋅ ⋅ − − −

N Cp Tg2 327 2 4 1810( ) : , , .= + − J grau mol. − −⋅1 1

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3

H O Cp T J grau molg2 4 1 134 1 2 110( ) : , , . .= + ⋅ ⋅ − − −

CO Cp T J grau molg2 1 132 2 0 022( ) : , , .= + ⋅ ⋅ − −

9) Uma mistura de hidrogênio e a quantidade teoricamente necessária de ar, a 25C e pressão total de 1 atm, é submetida à explosão numa bomba hermeticamente fechada. Calcule a temperatura máxima de explosão e a pressão final admitindo condições adiabáticas. Para simplificar os cálculos, utilize as capacidades térmicas médias entre 25C e 3000C. Supor comportamento ideal para a mistura gasosa. Resp: T=2919 K Dados:

N Cp J grau mol H O Cp J grau molg g2 1 1

2 1 134 7 47 3( ) ( ): , . . ; : , . .= =

− − − −

∆H para a reação: H O H Og g g2 2 2 1

2( ) ( ) ( ) + → vale -241,8 kJ .mol-1 a 25 oC.

10) Calcule a temperatura máxima de chama atingida em fornalha onde etano é queimado com um excesso de 50% de O2 em relação à quantidade estequiométrica, sendo a temperatura de entrada da mistura gasosa igual a 25C. Admite-se que a reação é completa. Resp: T=4508 K

Dados: C2H6(g) + 7

2 O2(g) = 2CO2(g) + 3H2O(g)

∆H 0 298 = -1427,4 kJ mol

-1

O Cp T J grau molg2 3 1 127 2 4 1810( ) : , , . .= + ⋅ ⋅ − − −

H O Cp T J grau molg2 4 1 134 1 2 110( ) : , , . .= + ⋅ ⋅ − − −

CO Cp T J grau molg2 1 132 2 0 022( ) : , , .= + ⋅ ⋅ − −

Provas anos anteriores

11) Dada a seguinte reação química:

2 NH3 (g) + 6 NO (g) → 3 H2O2 (l ) + 4 N2 (g)

e os dados de entalpia de formação da Tabela 1: Tabela 1

Calcule a entalpia-padrão a 298 K da reação. Resp: -1690 kJ/mol

Substancia ∆H∅f (kJ mol -1)

NH3 (g) 292,88 NO (g) 90,25 H2O2 (l ) -187,78 H2O2 (g) -241,82 N2 (g) 0 NO2 (g) 15,86 N2O4 (g) 9,2

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12) Calcule a entalpia de formação por mol de ácido clorídrico a partir dos seguintes dados calorimétricos obtidos a 25oC:

Reação ∆H / kJ mol-1

S + O2 → SO2 -296,8 SO2 + H2O → SO2 (aq) -32,2 SO2 (aq) + Cl2 + 2 H2O → H2SO4 (aq) + 2 HCl -309,2 S + 2 O2 + H2 + H2O → H2SO4 (aq) -882,4 ½ O2 + H2 → H2O (liq) -285,8

Resp: -163,7 kJ/mol 13) Dispõe-se dos dados termodinâmicos mostrados na tabela 1 para a seguinte reação:

ZnS (s) + H2 (g) ⇔ Zn (s) + H2S (g)

Tabela 1. Substancia ∆Ho (kJ mol-1) Cpo (J mol-1 K-1) H2S (g) -22,18 36,0 + 13,0 x 10

-3 T Zn (s) 0 22,0 + 11,3 x 10-3 T ZnS (s) -184,1 53,6 + 4,2 x 10-3 T H2 (g) 0 29,5 - 0,8 x 10

-3 T a) Calcular o ∆Ho da reação a 298 K. b) Calcular o ∆Ho da reação a 1000 K considerando que os Cpo de reagentes e produtos dependem da temperatura. c) Que pode dizer com respeito a calcular o ∆Ho da reação a 1000 K considerando as aproximações que ∆Ho, e ∆Cpo são independentes da temperatura. Fundamente sua resposta. Resps: ∆Hoa = 161,9 kJ/mol, ∆Hob = 153,8 kJ/mol, 14) O calor integral de solução do álcool etílico em água a 25 oC para uma composição de XC2H5OH = 0,166, é - 4,69 kJ mol

-1. Por enquanto, para uma solução de XC2H5OH = 0,10 é -7,02 kJ mol-1. a) Calcule o calor integral de solução da mais concentrada a mais diluída. b) Qual é a diferencia entre os conceitos de calor integral e diferencial de solução?

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15) O calor produzido numa bomba calorimétrica (volume constante) durante a combustão do naftaleno (C10H8) foi de -5165,6 kJ/mol a 15

oC. Na mesma temperatura os valores de ∆Hc para o C e o H2 são -393 kJ/mol e – 286,2 kJ/mol respectivamente. a) Calcular o ∆H de formação do naftaleno (∆Hf ) a 15

oC. b) Deduza uma expressão para o ∆Hf do naftaleno em função da temperatura com a informação apresentada da tabela 1. c) Calcular o ∆Hf do naftaleno a 25

oC. Compare o resultado obtido com o calculado no ponto (a). Tabela 1. Dependência da capacidade calorífica (Cp,m = a + bT) do C10H8, O2 e H2 com a temperatura. a (J K-1 mol-1) b (10-3 J K-2 mol-1) Naftaleno -115,9 3920 Oxigênio 29,96 4,18 Carbono (grafita) 16,86 4,77 Água 30,54 10,29 Hidrogênio 27,28 3,26

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