View
26
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
TERMOQUÍMICA
A TERMOQUÍMICA ESTUDA AS MUDANÇASTÉRMICAS ENVOLVIDAS NAS REAÇÕES QUÍMICAS
Matéria Energia
UnidadesCALORIA é a quantidade de energia necessária
para aumentar de 1ºC a temperatura de 1 g de água.
JOULE é a quantidade de energia necessária para deslocar uma massa de 1kg, inicialmente em repouso,fazendo percurso de 1 metro em 1 segundo.
1 cal = 4,18 J
1 kcal = 1000 cal
1 kJ = 1000 J
Exercícios1. A reação de formação do NaCl(s), a 25oC,
libera 411,2 kJ/mol de sólido formado. Sobre essa reação, responda às questões:
a) Qual a energia liberada por 117 g de sal formado?
b) Uma reação para formação do NaCl libera 246,72 kJ. Qual a massa de sal formada?
Exercícios2. A corrida, como atividade física, consome
cerca de 2600kJ/h. Assim sendo, quanto tempo uma pessoa que comeu uma barra de 200g de chocolate deve correr para gastar a energia adquirida?
(Dados chocolate: 5,18kcal/g 1cal=4,18J)
Exercícios3. Considere que a reação de combustão de 1
mol de propano gasoso libera 2400kJ de energia. Se um determinado processo necessitar somente de 360kJ, qual a quantidade de propano que deve ser queimada?
Termoquímica
6CO 2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2
LUZ
CLOROFILAGLICOSE
Na fotossíntese ocorre absorção de calor
C2H5OH + 3O2 2CO2 + 3H2O
Na combustão do etanol ocorre liberação de calor
ETANOL
Conceitos
Entalpia(H): conteúdo de energia presente em cada substância Variação de Entalpia (H) H = Hfinal - Hinicial ou H = Hprodutos - Hreagentes
Representação Gráfica
a) Reações Exotérmicas b) Reações Endotérmicas
Equação TermoquímicaÉ a representação de uma reação química em que estáespecificado:* o estado físico de todas as substâncias.
* o balanceamento da equação.
* a variação de calor da reação ( H ).
* as condições físicas em que ocorre a reação, ou seja, temperatura e pressão. ( 25ºC e 1atm é o comum)
* variedade alotrópica quando existir.
Equação TermoquímicaREAÇÃO EXOTÉRMICA
2 C(s) + 3 H2(g) C2H6(g) H= – 20,2 kcal
2 C(s) + 3 H2(g) C2H6(g) + 20,2 kcal
REAÇÃO ENDOTÉRMICA
Fe3O4(s) 3 Fe(s) + 2 O2(g) H= + 267,0 kcal
Fe3O4(s) 3 Fe(s) + 2 O2(g) + 267,0 kcal
Tipos de Calores de Reaçãoa) Calor ou Entalpia Padrão de Formação: Reação de Formação
Substâncias Simples Substância Composta no estado padrão
Ex.:
H2(g) + ½ O2(g) H2O(l) H0 = - 68,3 Kcal/mol
Tipos de Calores de Reação
b) Calor ou Entalpia Padrão de Combustão: calor liberadoREAÇÃO DE COMBUSTÃO
Combustível + Comburente Produtos H0 > 0 Ex.:
CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + H2O(g) H0 = - 212,8 Kcal/mol
Tipos de Calores de Reação
c) Calor ou Entalpia padrão de Neutralização:
Reação de Neutralização
Ex.:
HCl(aq.) + NaOH(aq.) NaCl(aq) + H2O(l) H = -13,8Kcal/mol
Tipos de Calores de Reação
d) Calor ou Entalpia padrão de dissolução: HCl(g) + H2O(l) HCl(aq) H = -18Kcal/mol
Padronizações* Convencionou-se entalpia zero para determinadas substâncias simples, em razão de não ser possívelmedir o valor real da entalpia de uma substância.
* Foram escolhidas condições-padrão para estabelecer medidas relativas.
* Terá entalpia zero qualquer substância simples que se apresente nos estados
físico e alotrópico mais comum, a 25ºC e 1atm de pressão.
Padronizações
O índice sobrescrito º significa estado
padrão.
O índice subscrito f significa formação.
.
Entalpia zero
ENTALPIA ZEROHº = 0
ENTALPIA MAIOR QUE
ZERO Hº 0H2(g), N2(g) e etc
O2(g)
C(grafite)
S(rômbico)
P(vermelho)
--- O3(g)
C(diamante)
S(monoclínico)
P(branco)
Aplicação dos Calores Molares de Formação
H2(g) + 1/2O2(g) H2O(g)
Cálculo da entalpia de formação:
H = H(produtos) - H(reagentes)
H0 = - 68,3 Kcal = H(produtos) - 0
Portanto: H(produtos) = -68,3kcal ou H0
f= -68,3 kcal/mol de H2O(g)
Aplicação dos Calores Molares de Formação
H = H(p) - H (r)
Ex.: C2H5OH(l) + 3O2(g) 2CO2(g) + 3H2O(l) H=?
Exercício4. Calcule o calor padrão de combustão do
propano, C3H8, em kcal/mol de propano.
Dados: Hf (kcal/mol): C3H8(g)= -24,8
H2O(g)= -57,8
CO2(g)= -94,0
C3H8(g) + 5 O2(g) 3 CO2(g) + 4 H2O(g)
Lei de Hess
Regras
1ª O valor numérico do H de uma reação é diretamente proporcional à quantidade de reagentes e produtos. 2ª A reação direta e a reação inversa apresentam o mesmo valor de H em módulo. Porém com sinal contrário. 3ª Aditividade das equações termoquímicas.
A entalpia de uma reação depende apenas dos estados iniciais e finais da reação, não depende dos estados intermediários,
ou seja a reação é a mesma para uma ou mais etapas.
Lei de HessEx. 1 - Cálculo da entalpia da reação de formação do gás carbônico:
C(grafite)+ O2(g) CO2(g) H = ? kcal/mol
OBSERVE AS EQUAÇÕES:
C(grafite)+ 1/2O2(g) CO(g) H = – 26,4kcal/mol
CO(g) + 1/2O2(g) CO2(g) H = – 67,6kcal/mol
Lei de HessEFETUAMOS A SOMA ALGÉBRICA DAS MESMAS.
1ª etapa: C(grafite)+ 1/2O2(g) CO(g) H1 = – 26,4kcal/mol
2ª etapa: CO(g) + 1/2O2(g) CO2(g) H2 = – 67,6kcal/mol
H = – 94,0kcal/mol
CONCLUINDO H = H1 + H2
H = – 94,0kcal/mol
Note que os termos semelhantes em membros opostos se anulam.
Etapa final: C(grafite)+ O2(g) CO2(g)
Lei de HessEx 2 - Dadas as equações:
C(grafite )+ O2(g) CO2(g) H1 = – 94,0kcal/mol
H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(l) H2 = – 68,4kcal/mol 68,4kcal/mol
C(grafite)+ 2H2(g) CH4(g) H3 = – 17,9kcal/mol
Calcular a entalpia da reação:
CH4(g) + O2(g) CO2(g)+ H2O(l)
Lei de HessAs equações dadas deverão ser arrumadas de tal modoque a sua soma resulte na equação-problema.
C(grafite )+ O2(g) CO2(g) H1 = – 94,0kcal/mol
H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(l) H2 = – 68,4kcal/mol68,4kcal/mol
C(grafite)+ 2H2(g) CH4(g) H3 = – 17,9kcal/mol
Equação-problema:
CH4(g) + O2(g) CO2(g)+ H2O(l)
I)
II)
III)
Agora vamos identificá-las com algarismos romanos.
Agora, invertemos a equação III de modo a obter ometano ( CH4 ) como reagente.
CH4(g) C(grafite)+ 2H2(g) H3 = + 17,9kcal/mol
Observe a inversão de sinal do H3
Devemos manter a equação I pois dessa formaobteremos gás carbônico como produto.
C(grafite )+ O2(g) CO2(g) H1 = – 94,0kcal/mol
2( H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(l) H2 = – 68,4kcal/mol– 68,4kcal/mol))
Multiplicar por 2 a equação II para que os coeficientesfiquem ajustados.
2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(l) H2 = – 136,8 kcal/mol– 136,8 kcal/molO H2 também é
multiplicado
Finalmente aplica-se a soma algébrica das equações, inclusive das variações de entalpia.
CH4(g) C(grafite)+ 2H2(g) H3 = + 17,9 kcal/mol
C(grafite )+ O2(g) CO2(g) H1 = – 94,0 kcal/mol
2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(l) H2 = – 136,8 kcal/mol– 136,8 kcal/mol
_____________________________________________________________
CH4(g) C(grafite)+ 2H2(g) H3 = + 17,9 kcal/mol
C(grafite )+ O2(g) CO2(g) H1 = – 94,0 kcal/mol
2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(l) H2 = – 136,8 kcal/mol– 136,8 kcal/mol
_____________________________________________________________
CH4(g) + 2O2(g) CO2(g)+ 2H2O(l) H = – 212,9 kcal/mol– 212,9 kcal/mol
Observe os cortes:
H = H1 + H2 + H3
Exercício5. Sabe-se que:
N2O4 2NO2 H = – 13,6 kcal
N2 + 2O2 2NO2 H =– 16,2 kcal
2N2O4 + O2 + 2H2O 4HNO3 H = + 14,2 kcal
H2 + ½ O2 H2O H = + 68,4 kcal
Determine o valor do calor de formação do ácido nítrico (em kcal/mol) dada pela equação não balanceada:
N2 + H2 + O2 HNO3
Energia de Ligação
É A ENERGIA NECESSÁRIA PARA ROMPER UM MOL DE LIGAÇÃO DE UMA SUBSTÂNCIA NO ESTADO GASOSO.
EX. Para romper um de ligação H – O são necessárias 110kcal.
Para romper um de ligação H – C são necessárias 100kcal.
Para romper um de ligação O = O são necessárias 118kcal.
.* esses valores são tabelados
Energia de LigaçãoPara romper um mol de água no estado gasoso, teremos:
H2O(l) 2H(g) + O(g) H = ? kcal/mol
O
H H
110Kcal 110kcal
H2O(l) 2H(g) + O(g) H = 220 kcal/mol
Observe a reação em que todos os participantes estão no estado gasoso:
H |
C— O — H + 3/2O2 O = C = O + 2H2O |H
H—
Para romper as ligações intramoleculares do metanol e dooxigênio, serão absorvidos, para:1 mol de O — H +464,0 kJ + 464,0 kJ1 mol de C — O +330,0 kJ + 330,0 kJ3 mols de C — H 3 (+413,0 kJ) + 1239,0 kJ 3/2 mols de O = O 3/2 (+493,0 kJ) + 739,5 kJ TOTAL ABSORVIDO + 2772,5 kJ
H |
C— O — H + 3/2O2 O = C = O + 2H2O |H
H—
Para formar as ligações intramoleculares do CO2 e da água, serão liberadas:
2 mols de C = O 2 (-7444,0 kJ) -1 488,0 kJ4 mols de H — O 4 ( - 464,0 kJ) - 1856,0 kJ TOTAL LIBERADO -3344,0 kJ
Cômputo dos produtos:
H = H(reagentes) + H(produtos)
O cálculo final será:
H = 2 772,5kJ + (- 3344,0kJ)
H = - 571,5kJ
CALOR LIBERADO
CALOR ABSORVIDO
Exercício6. Calcule a variação de entalpia na reação:
2HBr(g) + Cl2(g) 2HCl(g) + Br2(g) ,
conhecendo as seguintes energias de
ligação:
Energias de ligação (kcal/mol)
H-Br : 87,4 Br-Br: 46,1
Cl-Cl: 57,9 H-Cl: 103,1
Recommended