Termoquímica

Lays Omena

Termoquímica

É o estudo das trocas de energia, na forma de calor, envolvidas nas reações químicas e nas mudanças de estado físico das substâncias.

São dois os processos em que há troca de energia na forma de calor: o processo exotérmico e o endotérmico.

Unidade de MedidaA quantidade

de energia é medida no calorímetro e sua unidade é a Caloria.

1 caloria (cal) = quantidade de calor necessária para elevar em 1 ºC a temperatura de 1,0 grama de água.

1 cal = 4,18 J

Processos Exotérmicos e Endotérmicos

Processo Exotérmico é aquele que ocorre liberação de calor.

Processo Endotérmico é aquele que ocorre absorção de calor

Ex1: A fotossíntese, processo de alimentação dos vegetais, descreve a seguinte reação:

6 CO2 + 6 H2O + Energia C6H12O6 + 6 O2

Ex2: Os peixes, partindo de glicose e oxigênio, realizam o processo de respiração celular.

C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + Energia

Ex3: Na câmara de combustão de um motor de um carro, o combustível é queimado em presença de oxigênio, produzindo CO2 e água, liberando energia mecânica, e o restante é perdido na forma de calor.

C2H6O + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O + energia

Ex4: Processo de ebulição

H2O(l) + Energia H2O(V)

EntalpiaA foto mostra uma reação de

combustão que pode ser representada por:

madeira + oxigênio gás carbônico + água + calor

Uma pergunta interessante sobre essa reação é: “De onde vem essa energia ou esse calor?”.

Essa energia é a entalpia, e a representamos por (H). Na prática, conseguimos medir a variação de entalpia (ΔH).

ΔH em reações Exotérmicas

Nas reações exotérmicas, como ocorre liberação de calor, a entalpia dos produtos (HP) é menor do que a entalpia do reagentes (HR). Genericamente, temos:

1. (UA-AM) Reação exotérmica é aquela na qual:

1 — há liberação de calor.2 — há diminuição de energia.3 — a entalpia dos reagentes é maior que a

dos produtos.4 — a variação de entalpia é negativa.

Estão corretos os seguintes complementos:a) Somente 1. d) Somente 1 e 4.b) Somente 2 e 4. e) 1, 2, 3 e 4.c) Somente 1 e 3.

1. (UA-AM) Reação exotérmica é aquela na qual:

1 — há liberação de calor.2 — há diminuição de energia.3 — a entalpia dos reagentes é maior que a

dos produtos.4 — a variação de entalpia é negativa.

Estão corretos os seguintes complementos:a) Somente 1. d) Somente 1 e 4.b) Somente 2 e 4. e) 1, 2, 3 e 4.c) Somente 1 e 3.

Se considerarmos a síntese da amônia (NH3), teremos:N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) + 92,2 kJ

Pelas equações ou pelo gráfico, devemos entender que na síntese de 2 mol de NH3 ocorre a liberação de 92,2 kJ.

ΔH EM REAÇÕES ENDOTÉRMICAS

Nas reações endotérmicas, como ocorre absorção de calor, a entalpia dos produtos (HP) é maior do que a entalpia dos reagentes (HR).

Se considerarmos a decomposição da amônia (NH3), teremos:

2 NH3(g) + 92,2 KJ N2(g) + 3 H2(g)

Pelas equações ou pelo gráfico, devemos entender que na decomposição de 2 mol de NH3 ocorre a absorção de 92,2 kJ.

ΔH NAS MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO

2. (UFJF-MG) Considere os processos a seguir:

I — queima do carvãoII — fusão do gelo à temperatura de 25 ºCIII — combustão da madeiraa) Apenas o primeiro é exotérmico.b) Apenas o segundo é exotérmico.c) Apenas o terceiro é exotérmico.d) Apenas o primeiro é endotérmico.e) Apenas o segundo é endotérmico.

2. (UFJF-MG) Considere os processos a seguir:

I — queima do carvãoII — fusão do gelo à temperatura de 25 ºCIII — combustão da madeiraa) Apenas o primeiro é exotérmico.b) Apenas o segundo é exotérmico.c) Apenas o terceiro é exotérmico.d) Apenas o primeiro é endotérmico.e) Apenas o segundo é endotérmico.

Entalpia Padrão Hº

O estado padrão de uma substância corresponde à sua forma mais estável, a 1 atm, a 25 °C. A entalpia padrão de uma substância é indicada por Hº.

Toda substância simples, no estado padrão e na sua forma alotrópica mais estável (mais comum), tem entalpia (H) igual a zero.

Os gráficos a seguir nos mostram as diferenças de entalpia encontradas em algumas variedades alotrópicas.

Entalpia de Formação ΔHºf

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.

3. (PUC-MG) Sejam dadas as seguintes equações termoquímicas:

Nas condições citadas, a equação que representa a reação mais exotérmica é:

a) I. b) II. c) III. d) IV. e) V.

3. (PUC-MG) Sejam dadas as seguintes equações termoquímicas:

Nas condições citadas, a equação que representa a reação mais exotérmica é:

a) I. b) II. c) III. d) IV. e) V.

Entalpia de Combustão ΔHºC

Entalpia de combustão é a energia liberada na combustão completa de 1 mol de uma substância no estado padrão.

Entalpia de Neutralização

Entalpia de neutralização é o calor liberado na formação de 1 mol de H2O (l), a partir da reação entre 1 mol de H+ (aq) e 1 mol de OH- (aq) nas condições padrão.

Energia de Ligação

Energia de ligação é a energia absorvida na quebra de 1 mol de ligações, no estado gasoso, a 25 ºC e 1 atm.

4. (UFSM-RS) Considere o seguinte gráfico:De acordo com o gráfico ao lado, indique a

opção que completa, respectivamente, as lacunas da frase a seguir: “A variação da entalpia, ΔH, é ....; a reação é .... porque se processa .... calor.”

a) positiva, exotérmica, liberando.b) positiva, endotérmica, absorvendo.c) negativa, endotérmica, absorvendo.d) negativa, exotérmica, liberando.e) negativa, exotérmica, absorvendo.

4. (UFSM-RS) Considere o seguinte gráfico:De acordo com o gráfico ao lado, indique a

opção que completa, respectivamente, as lacunas da frase a seguir: “A variação da entalpia, ΔH, é ....; a reação é .... porque se processa .... calor.”

a) positiva, exotérmica, liberando.b) positiva, endotérmica, absorvendo.c) negativa, endotérmica, absorvendo.d) negativa, exotérmica, liberando.e) negativa, exotérmica, absorvendo.

5. Combustão completa do álcool comum (etanol):

a) Qual é a quantidade de calor liberado ou absorvido na queima de 5 mol de C2H5OH?

b) Se ocorresse a formação de 1 mol de CO2 na reação, qual seria a quantidade de calor liberado ou absorvido?

c) Calcule a quantidade de calor liberado ou absorvido na queima de 460 g de C2H5OH.

Solução

a) Se observarmos a reação percebemos que:

1 mol de C2H5OH ------- Calor -1373 KJ 5 mol de C2H5OH ------- Calor XLogo; X = 5 . (- 1373) X = - 6865 KJ

b) 2 mol de CO2 --------- Calor – 1373 KJ

1 mol de CO2 ---------- X

Logo; 2X = - 1373 X = - 1373 / 2 X = - 686,5 KJ

Serão liberados 686,5 KJ na formação de 1 mol de CO2.

c) 1 mol de C2H5OH ------- 46 g

X ------- 460 gLogo; 46X = 460 ; X = 460 / 46 ; X = 10

mol1 mol de C2H5OH ------ Calor – 1373 KJ

10 mol de C2H5OH ------ X

Logo;

X = - 1373 . 10

X = - 13730 KJ

6. Considere a reação de combustão das variedades alotrópicas do carbono, representadas no gráfico:

Resolva as seguintes questões:I — As duas combustões são exotérmicas ou

endotérmicas?II — Calcule o ΔH das combustões da grafite e

do diamante.III —Em qual delas ocorre maior liberação de

calor?

Solução

I. Exotérmicas.

II. ΔH = HP – HR

1. C(graf) ΔH = -394 – 0 = -394 KJ

2. C(diam) ΔH = -394 – 1,9 = - 395,9 KJ

III. Carbono Diamante.

7. (Fatec-SP) A combustão do gás hidrogênio pode ser representada pela equação:

Solução

Sempre, em qualquer galáxia, uma reação de combustão completa terá como produtos H2O(l) e CO2(g).

Portanto, alternativa “a” de abestalhado!

9. (UNI-RIO) Os romanos utilizavam CaO como argamassa nas construções rochosas. O CaO era misturado com água, produzindo Ca(OH)2, que reagia lentamente com o CO2 atmosférico, dando calcário:

A partir dos dados da tabela, a variação de entalpia da reação, em kJ/mol, será igual a:

a) +138,2. b) –69,1. c) –2 828,3 d) +69,1. e) –220,8.

Solução

Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O

- 986,1 -393,5 -1206,9 -241,8

ΔH = HP – HR

ΔH =[(-1206,9) + (-241,8)] – [(-986,1) + (-

393,5)][-1448,7] – [ -1379.6] = -69,1 KJ

• Alternativa ‘b’ de Besta!

Lei Hess

Lei de Hess: para uma dada reação, a variação de entalpia é sempre a mesma, esteja essa reação ocorrendo em uma ou em várias etapas.

Ex: Reação de combustão do Carbono para a formação do monóxido de carbono:

C(g) + ½ O2 CO(g) Reação difícil de ocorrer...

Ex: Determine a entalpia de formação do CO2 sabendo-se que:

C(gr) + ½ O2(g) CO(g) ΔH1 = -26,4 kcal

CO(g) + ½ O2(g) CO2 ΔH2 = -67,7 kcal

Reação de formação do CO2:

C(gr) + O2(g) CO2(g) ΔH = ?

Podemos somar as duas equações: C(gr) + ½ O2(g) CO(g) ΔH1 = -26,4

kcal CO(g) + ½ O2(g) CO2 ΔH2 = -67,7

kcal_+_____________________________

C(gr) + O2(g) CO2(g)

ΔH = -26,4 -67,7 = -94,1 kcal

10. A partir dos valores de ∆H determine a variação de entalpia do processo:

N2 (g) + O2 (g) → 2 NO2 (g) ∆H = ?

I. N2 (g) + 2O2 (g) → 2 NO2 (g)

∆H = + 66 kJ.mol-1

II. 2 NO (g) + O2 (g) → 2 NO2 (g) ∆H = –113 kJ.mol-1

12. Calcule o ∆H da reação abaixo: P4 (s) + 10 Cl2 (g) → 4 PCl 5 (s) ∆H

= ?

etapas: P4 (s) + 6 Cl2 (g) → 4 PCl 3 (l)

∆H = –1.279 kJ.mol-1

4 PCl 3 (l) + 4 Cl2 (g) → 4 PCl 5 (s) ∆H = – 496 kJ.mol-1

14. Dadas as equações termoquímicas: C (Graf.)→ C (diam.) ∆H = ?

I) C (Graf.) + O2 (g) → CO2 (g) ∆H = - 94,10 kcalII) C (diam.) + O2 (g) → CO2 (g)

∆H = - 94,55 kcal A variação de entalpia será: a) - 188,65 kcal b) + 0,45 kcal

c) + 188,65 kcal d) – 0,45 kcal

e) – 94,32 kcal

15. Observe as equações termoquímicas:

I) C (s) + H2O (g) → CO (g) + H2 (g) ∆H = + 31,4 kcal

II) CO (g) + ½ O2 (g) → CO2 (g) ∆H = - 67,6 kcal

III) H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O(g) ∆H = - 57,8 kcal

De acordo com o ∆H ( variação de entalpia), podemos afirmar que:

a) II é endotérmica, I e III exotérmica. b) I e II são endotérmicas, II exotérmica. c) II e III são endotérmicas, I exotérmica. d) I e II são endotérmicas, III exotérmica. e) I é endotérmica, II e III exotérmicas.

• 16. (Mackenzie-SP) S8 (rômbico) + 12 O2(g) 8 SO3(g) + 752,0

kcal. Na reação acima equacionada,

realizada a 25ºC e 1 atm, a entalpia de formação do SO3(g) é igual a:

a) +752,0 kcal b) -752,0 kcal c) + 773,0 kcal d) -94,0 kcal e) +94,0 kcal