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01 - (UNICAMP SP)
O nadador Michael Phelps surgiu na Olimpíada de Beijing como um verdadeiro fenômeno, tanto pelo seu desempenho quanto pelo seu consumo alimentar. Divulgou-se que ele ingere uma quantidade diária de alimentos capaz de lhe oferecer uma energia de 50 MJ. Quanto disto é assimilado, ou não, é uma incógnita. Só no almoço, ele ingere um pacote de macarrão de 500 gramas, além de acompanhamentos.
a) Suponha que o macarrão seja constituído essencialmente de glicose (C6H12O6), e que, no metabolismo, toda essa glicose seja transformada em dióxido de carbono e água. Considerando-se apenas o metabolismo do macarrão diário, qual é a contribuição do nadador para o efeito estufa, em gramas de dióxido de carbono?
b) Qual é a quantidade de energia, em kJ, associada à combustão completa e total do macarrão (glicose) ingerido diariamente pelo nadador?
Dados de entalpia de formação em kJ mol-1: glicose= -1.274, água= -242, dióxido de carbono = -394.
02 - (UFU MG)
O gás eteno ou etileno (C2H4), além de ser importante insumo na indústria química e de plásticos, é também usado para amadurecer frutas verdes. No estado padrão, a combustão completa desta substância produz dióxido de carbono gasoso e água líquida.
Sobre esse assunto:
a) Escreva a equação química balanceada da combustão do eteno.
b) Calcule o número de mols de eteno que sofre combustão completa quando se obtém um volume de 98 L de dióxido de carbono, coletado a 25°C e 1 atm de pressão.
Dado: R = 0,082 atm L/mol K.
c) Calcule a entalpia de combustão do eteno.
Dados: entalpias de formação em kJ/mol a 25°C: C2H4(g) = +52; CO2(g) = -394 e H2O(l) = -286.
d) Cite dois impactos ambientais causados pela queima do eteno.
03 - (UNESP SP)
O álcool etílico pode ser obtido pela fermentação de açúcares produzidos a partir de diferentes matérias-primas vegetais. Sendo assim, é um combustível renovável e não contribui para o aumento da concentração de dióxido de carbono na atmosfera. Considerando- se a importância de sua utilização como combustível, calcule o calor de combustão do etanol a partir dos dados de entalpia padrão fornecidos a seguir:
10f
10f
10f
mol.kJ 5,393)g(carbono de ióxidod H
mol.kJ 8,285)(guaá H
mol.kJ 6,277)(oltane H
−
−
−
−=∆
−=∆
−=∆
l
l
04 - (UFRRJ) O eteno (etileno) é utilizado na fabricação do polietileno, um tipo de plástico muitíssimo importante na atualidade, pois serve para a confecção de sacos para embalagem, toalhas de mesa, cortinas de banheiro, etc.
Calcule o calor de combustão do eteno, com base nos dados da tabela a seguir:
3,68)l(OH1,94)g(CO5,12(g)HC
Cº 25 a (kcal/mol ºHSubstância
2
2
42
f
−−+
∆
05 - (FUVEST SP) Existem vários tipos de carvão mineral, cujas composições podem variar, conforme exemplifica a tabela a seguir.
5,25,312,38,1massa) em (%
**tesconstituin outros
30,240,365,884,0massa) em (%
volátilnão carbono
27,832,219,64,0massa) em (%
* volátilmaterial
36,822,22,33,9massa) (%em
Umidadelignitobetuminoso-subbetuminosoantracitocarvão de tipo
* Considere semelhante a composição do material volátil para os quatro tipos de carvão.
** Dentre os outros constituintes, o principal composto é a pirita, −+ 22
2 SFe .
a) Qual desses tipos de carvão deve apresentar menor poder calorífico (energia liberada na combustão por unidade de massa de material)? Explique sua resposta.
b) Qual desses tipos de carvão deve liberar maior quantidade de gás poluente (sem considerar CO e CO2) por unidade de massa queimada? Justifique sua resposta.
c) Escreva a equação química balanceada que representa a formação do gás poluente a que se refere o item b (sem considerar CO e CO2).
d) Calcule o calor liberado na combustão completa de kg 10 x 1,00 3 de antracito (considere apenas a
porcentagem de carbono não volátil).
Dados:
entalpia de formação do
dióxido de carbono gasoso .... – 400 kJ/mol
massa molar do carbono ........ 12 g/mol
06 - (UERJ) As reações de oxirredução I, II, III, descritas abaixo, compõem o processo de produção do gás metano a partir do carvão, que tem como subproduto o dióxido de carbono.
Nessas reações, o carvão está representado por C(s) em sua forma alotrópica mais estável.
I. )g(2)g()g(2)s( HCOOHC +→+
II. )g(2)g(2)g(2)g( HCOOHCO +→+
III. )g(4)g(2)s( CHH2C →+
Entre as vantagens da utilização do metano como combustível estão a maior facilidade de distribuição, a queima com ausência de resíduos e o alto rendimento térmico.
O alto rendimento térmico pode ser observado na seguinte equação termoquímica:
kJ 802H OH2COO2CH )g(2)g(2)g(2)g(4 −=∆+→+
Considere as entalpias de formação das substâncias a seguir:
393CO
110CO
242OH)mol(kJ
formação de entalpiassubstância
2(g)
(g)
(g)2
1
−−−× −
Identifique os agentes redutores nas equações II e III e escreva a equação termoquímica que representa a produção do metano a partir do carvão.
07 - (UNIFESP SP)
Devido aos atentados terroristas ocorridos em Nova Iorque, Madri e Londres, os Estados Unidos e países da Europa têm aumentado o controle quanto à venda e produção de compostos explosivos que possam ser usados na confecção de bombas. Dentre os compostos químicos explosivos, a nitroglicerina é um dos mais conhecidos. É um líquido à temperatura ambiente, altamente sensível a qualquer vibração, decompondo-se de acordo com a equação:
)g(OH5)g(CO6)g(O2/1)g(N3)()NO(HC2 22223353 +++→l
Considerando-se uma amostra de 4,54g de nitroglicerina, massa molar 227 g/mol, contida em um frasco fechado com volume total de 100,0 mL:
a) calcule a entalpia envolvida na explosão.
b) calcule a pressão máxima no interior do frasco antes de seu rompimento, considerando-se que a temperatura atinge 127ºC. Dado: R = 0,082 atm.L.K−1.mol−1.
08 - (UFRRJ) O benzeno (C6H6) reage com o oxigênio (O2) para produzir dióxido de carbono (CO2) como mostra a reação a seguir:
)(2)g(2)g(2)(66 OH3CO6O2/15HCll
+→+
Calcule a entalpia de combustão desta reação.
Dados:
)(66)g(2)grafite( HCH3C6l
→+ kJ49H +=∆
)g(2)g(2)grafite( COOC →+ kJ5,393H −=∆
)(2)g(2)g(2 OHO2/1Hl
→+ kJ286H −=∆
09 - (UERJ)
Na série homóloga dos álcoois, os quatro primeiros são: metanol, etanol, propanol e butanol. Dentre as propriedades apresentadas por esses compostos, destacam-se a combustão e a grande solubilidade na água. Com o objetivo de comprovar a qualidade de um combustível, foi determinado seu teor de etanol em uma amostra. Foram totalmente queimados 287,5 g de álcool hidratado, o que resultou na liberação de 1.632 kcal, a 25 °C e 1 atm.
A tabela a seguir fornece os valores das entalpias-padrão de formação nas condições da experiência.
Substância ∆Hoformação(kcal.mol-1)
Etanol -66,7Vapor d´água -68,3Gás carbônico -94,1
a) Determine a porcentagem da massa de etanol contida na amostra de álcool hidratado.
b) Para comparar as solubilidades do etanol e do butanol puros, foram preparadas duas amostras contendo as mesmas quantidades dessas substâncias, dissolvidas separadamente em 1 L de água pura, à temperatura ambiente.
Aponte em que amostra a fração de álcool solubilizada é maior e justifique sua resposta.
10 - (EFOA MG)
NO e N2O são óxidos de nitrogênio com importantes atividades biológicas.
a) Sabendo-se que NO(g) e H2O(g) podem ser obtidos a partir da oxidação de NH3(g) na presença de O2(g), escreva a equação balanceada desta reação.
b) Sabendo-se que N2O(g) e H2O(g) podem ser obtidos a partir do aquecimento de NH4NO3(s), escreva a equação balanceada desta reação.
c) Calcule a entalpia da reação de produção de um mol de NO(g) a partir de NH3(g) e O2(g). Mostre os cálculos.
Dados:
46kJ/mol(g)NH H 3of −= 242J/molO(g)H H 2
of −= J/mol90NO(g) Ho
f =
11 - (UEM PR)
É possível preparar gás oxigênio em laboratório pelo aquecimento cuidadoso de clorato de potássio, de acordo com a reação
2KClO3(s) → 2KCl(s) + 3O2(g) ∆H= +812kJ/mol .
Supondo-se que a entalpia do KCl(s) vale +486 kJ/Mol e considerando o sistema a 25 ºC e 1 atm, qual é o valor da entalpia padrão do KClO3(s) em kJ/Mol?
12 - (UFSCAR SP)
Duas importantes aplicações do gás hidrogênio são a síntese da amônia e a hidrogenação de óleos vegetais. O gás hidrogênio é obtido em reatores, sob condições adequadas, onde ocorrem as reações I, II e III, apresentadas a seguir.
CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3 H2 (g) I.Ni
CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) II.Fe/Cu
K2CO3(aq) + CO2(g) + H2O(g) 2 KHCO3 (s) III.
Calcule a variação de entalpia para a reação de produção de gás hidrogênio (equação I), a partir das entalpias de formação:
13 - (UNICAMP SP)
As condições oxidativas/redutoras e de pH desempenham importantes papéis em diversos processos naturais. Desses dois fatores dependem, por exemplo, a modificação de rochas e a presença ou não de determinados metais em ambientes aquáticos e terrestres, disponíveis à vida. Ambos os fatores se relacionam fortemente à presença de bactérias sulfato-redutoras atuantes em sistemas anaeróbicos. Em alguns sedimentos, essas bactérias podem decompor moléculas simples como o metano, como está simplificadamente representado pela equação abaixo:
CH4 + H2SO4 = H2S + CO2 + 2 H2O
Nas condições padrão, esse processo seria endotérmico ou exotérmico? Justifique com o cálculo da variação de entalpia dessa reação nas condições padrão.
Dados: Entalpias padrão de formação em kJ mol–1: CH4 = –75; H2SO4 = –909; H2S = –21;
CO2 = –394; H2O = –286.
14 - (UERJ)
A metabolização do etanol das bebidas alcoólicas pelo organismo humano se dá através de uma combustão na qual, reagindo com o oxigênio, o etanol forma dióxido de carbono e água. Apesar de o organismo receber a energia produzida por esta combustão, o consumo de tais bebidas não é recomendado, pois, dentre outros fatores, não contêm vitaminas nem aminoácidos. Considere as seguintes informações:
Substância entalpia padrão de formação (kcal/mol)
H2O –68,5
CO2 –94,1
CH3CH2OH –66,2
Sabendo que a combustão ocorre nas condições padrão e que 1 caloria alimentar (Cal) equivale a 1 kcal, calcule a quantidade de calorias alimentares resultante da metabolização de 9,2 g de etanol, contidos em uma certa dose de bebida alcoólica.
15 - (UFSCAR SP)
O cultivo da cana-de-açúcar faz parte da nossa história, desde o Brasil Colônia. O açúcar e o álcool são seus principais produtos. Com a crise mundial do petróleo, o incentivo à fabricação de carros a álcool surgiu, na década de 1970, com o Proálcool. Esse Programa Nacional acabou sendo extinto no final da década de 1990. Um dos pontos altos nas discussões em Joanesburgo sobre desenvolvimento sustentável foi o pacto entre Brasil e Alemanha para investimento na produção de carros a álcool.
a) Escreva a equação de combustão do etanol, devidamente balanceada. Calcule o calor de combustão de 1 mol de etanol, a partir das seguintes equações:
∆H0f (kJ/mol)
C (s) + O2 (g) → CO2 (g) – 394
H2(g) + 1/2 O2(g) → H2O (l) – 286
2 C (g) + 3 H2 (g) +1/2 O2 (g) → C2H5OH (l) – 278
b) A reação de combustão do etanol é endotérmica ou exotémica? Justifique.
16 - (UEPB)
É muito importante conhecer a quantidade de calor envolvida numa reação química. Dentre outros aspectos, esta informação é útil quando se trata de reações que se processam em escala industrial, pois serve para prever se o ambiente tem capacidade de resfriamento suficiente, para impedir que reações exotérmicas provoquem superaquecimento e danos nas instalações. Por exemplo, sabe-se que a reação de hidrogenação do etino (C2H2) a etano (C2H6) se processa de acordo com a equação:
C2H2(g) + 2H2(g) → C2H6(g)
Neste contexto,
a) determine a entalpia desta reação, ∆Hr, a partir dos seguintes valores de entalpia de combustão:
∆H (C2H2(g)) = –1300 kJ mol–1
∆H (H2(g)) = –286 kJ mol–1
∆H (C2H6(g)) = –1560 kJ mol–1
b) indique se esta reação ocorre com absorção ou liberação de calor.
17 - (FUVEST SP)
Passando acetileno por um tubo de ferro, fortemente aquecido, forma-se benzeno (um trímero do acetileno). Pode-se calcular a variação de entalpia dessa transformação, conhecendo-se as entalpias de combustão completa de acetileno e benzeno gasosos, dando produtos gasosos. Essas entalpias são, respectivamente, –1256 kJ/mol de C2H2 e –3168 kJ/mol de C6H6.
C6H6(g)
6CO2(g) + 3H2O(g)
H2 = -3168 kJ/mol
a) Calcule a variação de entalpia, por mol de benzeno, para a transformação de acetileno em benzeno (∆H1).
O diagrama acima mostra as entalpias do benzeno e de seus produtos de combustão, bem como o calor liberado na combustão (∆H2).
b) Complete o diagrama ao lado para a transformação de acetileno em benzeno, considerando o calor envolvido nesse processo (∆H1).
Um outro trímero do acetileno é o 1,5-hexadiino. Entretanto, sua formação, a partir do acetileno, não é favorecida. Em módulo, o calor liberado nessa transformação é menor do que o envolvido na formação do benzeno.
c) No mesmo diagrama, indique onde se localizaria, aproximadamente, a entalpia do 1,5-hexadiino.
d) Indique, no mesmo diagrama, a entalpia de combustão completa (∆H3) do 1,5-hexadiino gasoso, produzindo CO2 e H2O gasosos. A entalpia de combustão do 1,5-hexadiino, em módulo e por mol de reagente, é maior ou menor do que a entalpia de combustão do benzeno?
18 - (UFRJ)
O prêmio Nobel de Química de 1995 foi concedido a três pesquisadores, F.S.Rowland, M.Molina e P.Crutzen, que há mais de vinte anos realizaram pesquisas sobre a destruição da camada de ozônio. Em artigo publicado na revista "Nature", em 1974, Rowland e Molina propuseram que átomos de cloro, liberados pela fotólise de clorofluorcarbonos (CFCs), participam de reações catalíticas que destroem o ozônio presente na atmosfera terrestre, como mostrado a seguir:
Cl + O3 → ClO + O2
ClO + O→ Cl + O2
Essas reações só podem ocorrer em grandes altitudes, onde existe uma quantidade suficiente de átomos isolados de oxigênio.
a) Sabendo que a entalpia padrão de formação do ozônio (O3) é de 142 kJ/mol e a entalpia padrão de formação do oxigênio atômico é de 249 kJ/mol, determine a variação de entalpia padrão da reação global desse processo.
b) Crutzen, o terceiro pesquisador a ganhar o prêmio, descobriu que os óxidos de nitrogênio, presentes nos gases resultantes da combustão em turbinas de aviões supersônicos, poderiam também causar a destruição do ozônio. Nesses gases da combustão podemos encontrar uma pequena quantidade deN2O3. Apresente a fórmula estrutural e o nome deste composto.
19 - (INTEGRADO RJ)
As reações de combustão parcial e total do metano são, respectivamente:
CH4(g) + 3/2 O2(g) → CO(g) + 2 H2O(L) ,
sendo ∆H (nas condições padrão) = -607,2 kJ/mol
CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(L) , sendo ∆H = X
São os seguintes os valores aproximados dos calores de formação padrão :
H2O(L) Hºf = -285,8 kJ / mol
CO(g) Hºf = -110,5 kJ / mol
CO2(g) Hºf = -393,5 kJ / mol
Assim, o valor do ∆H da reação de combustão total (x), em Kj/mol, é , aproximadamente:
20 - (UFF RJ)
A combustão do álcool etílico (etanol) libera 326,7 Kcal por mol do álcool. As entalpias de formação (∆ Hfº) do
CO2(g) e H2O(l) valem, respectivamente, - 94,0 e 68,3 Kcal.mol-1. Considerando ser a composição volumétrica do ar 20% de oxigênio e 80% de nitrogênio, pede-se:
a) a entalpia de formação do álcool etílico;
b) o volume de ar necessário para a combustão completa de 23g de álcool etílico, nas CNTP.
21 - (UFCG PB)
O gás nitrogênio e o gás oxigênio são os dois principais gases encontrados no ar que respiramos. Eles podem, em determinadas condições, reagir para fornecer o óxido de dinitrogênio como produto, segundo a reação descrita abaixo.
2N2 (g) + O2 (g) → 2N2O (g) ∆H = 176 kJ
Considerando a equação da reação acima, responda as questões abaixo.
a) A reação libera ou absorve calor? Justifique.
b) Demonstre e calcule a energia necessária para a formação de 25 g de N2O?
22 - (UFSCAR SP)
Dentre os elementos metálicos, apenas alguns são encontrados naturalmente na forma metálica, como o ouro; estes foram utilizados pela humanidade desde tempos remotos. A maioria dos elementos metálicos ocorre na forma de minérios, associados com outros elementos e, por isso, só passaram a ser utilizados após o desenvolvimento de processos de obtenção, o que levou alguns séculos em certos casos, como o do ferro. Atualmente, ferro metálico é obtido em altos-fornos que operam a quase 2 000°C, a partir da reação entre minério de ferro, Fe2O3, e monóxido de carbono, num processo que demanda elevado consumo de energia. A equação seguinte descreve a reação que ocorre no alto-forno.
Fe2O3 (s) + 3CO (g) → 2Fe (l) + 3CO2 (g).
a) Sabendo que, para esta reação, kJ/mol 1600H ≅∆ , calcule a quantidade de energia necessária para
processar 3,2 toneladas de minério puro.
b) Considerando rendimento de 75%, qual seria a massa de ferro metálico produzido no processamento dessas 3,2 toneladas de minério puro?
23 - (UFOP MG)
Desde sua introdução no mercado automobilístico, a produção dos carros do tipo “bicombustível” tem crescido de forma significativa. Esses automóveis podem ser abastecidos com álcool, com gasolina ou com uma mistura desses dois combustíveis em qualquer proporção. A tabela abaixo fornece o preço (R$/L), a densidade (g/mL) e o calor de combustão (kcal/g) para cada um desses combustíveis.
5,110,71252,50(octano) Gasolina4,500,77741,50(etanol) Álcool
(kcal/mol) H(g/mL) d(R$/L) PreçolCombustíve c
−−
∆
a) Em uma viagem de Belo Horizonte a Ouro Preto, um motorista abasteceu seu veículo com uma mistura contendo 40% de etanol e gastou 8,5 L no percurso. Calcule a energia produzida pelo combustível no trajeto.
b) Escreva as equações balanceadas para as reações de combustão do etanol e do octano.
c) Calcule o volume de CO2, nas CNTP, que é consumido a partir de R$ 40,00 do octano.
d) Identifique qual dos dois combustíveis contribui menos para o aumento do efeito estufa. Justifique.
24 - (UNESP SP)
Com base nos valores aproximados de H∆ para as reações de combustão do metano (gás natural) e do hidrogênio,
O(l)2H(g)CO (g)2O(g)CH 2224 +→+ 1molkJ 900 H −⋅−=∆
O(l)2H g) (O(g) 2H 222 →+ 1molkJ 600 H −⋅−=∆
e das massas molares: carbono = 12 g.mol–1, hidrogênio = 1 g.mol–1 e oxigênio = 16 g.mol–1, calcule a massa de hidrogênio que fornece, na combustão, energia correspondente a 16 kg de metano.
25 - (UFG GO)
A oxidação completa de 1 mol de glicose (C6H12O6), no metabolismo aeróbico, produz 38 mols de trifosfato de adenosina (ATP), e cada mol de ATP fornece 8 kcal de energia útil para o organismo. Por outro lado, a oxidação completa de 1 mol de glicose, durante a combustão, libera 673 kcal. Dessa forma,
a) calcule a taxa de aproveitamento de energia no metabolismo aeróbico;
b) considerando que toda energia venha do metabolismo aeróbico da glicose, calcule a massa desse carboidrato que deverá ser ingerida para que um atleta realize uma corrida de 15,2 minutos, sabendo que o organismo do atleta consome 10 kcal/minuto.
26 - (Unimontes MG)
A nitroglicerina, C3H5(NO3)3, é um líquido extremamente explosivo. Durante sua explosão, ela se decompõe segundo a equação:
mol/kJ 5720H (g)1/4O O(g)5/2H (g)3CO
(l))(NOHC
r222
3353
−=∆++→→
Sendo a densidade da nitroglicerina igual a 1,59 g/mL, a 20ºC, calcule o volume (mL) de nitroglicerina usado quando 11440 kJ de calor forem liberados numa explosão.
27 - (UFMS)
Sabendo-se que a entalpia de combustão do etanol é igual a 326,0 kcal/mol e a de vaporização da água é de 10,0 kcal/mol, calcule a massa, em gramas, de água líquida que poderia ser totalmente vaporizada pela combustão de 0,115 L de etanol (d = 0,8 g/mL), considerando-se que o processo apresenta um rendimento de 66,72%. Aproxime o resultado para o inteiro mais próximo.
Dados: Massas Molares (g/mol): C2H5OH = 46; H2O = 18.
28 - (UNICAMP SP)
Desde os primórdios, o ser humano desejou voar. Aquela facilidade com que as aves singravam pelos ares despertava-lhe a ânsia de se elevar como elas pelos céus. Muito recentemente esse desejo foi realizado e até superado. Não só o ser humano voa, de certo modo imitando os pássaros, como vai além da atmosfera do planeta, coisa que os pássaros não fazem.
Algumas naves espaciais são equipadas com três tanques cilíndricos. Dois referentes ao hidrogênio e um ao oxigênio, líquidos. A energia necessária para elevar uma nave é obtida pela reação entre esses dois elementos.
Nas condições do vôo, considere as seguintes densidades dos dois líquidos: hidrogênio 0,071 g cm-3 e oxigênio 1,14 g cm-3.
a) Se o volume total de hidrogênio nos dois tanques é de 1,46 × 106 litros, qual deve ser a capacidade mínima, em litros, do tanque de oxigênio para que se mantenha a relação estequiométrica na reação entre ambos?
b) Nas condições a seguir, em que situação há liberação de maior quantidade de energia: no desastre do "Hindemburg" ou no vôo da nave espacial? Justifique.
Condições ("Hindemburg"):
Tamanho: 250 metros de comprimento.
Volume: 200 × 106 litros, correspondendo a 8,1 × 106 moles de gás.
29 - (UNICAMP SP)
Uma das grandes novidades em comunicação é a fibra óptica. Nesta, a luz é transmitida por grandes distâncias sem sofrer distorção ou grande atenuação. Para fabricar fibra óptica de quartzo, é necessário usar sílica de alta
pureza, que é preparada industrialmente usando uma seqüência de reações cujas equações (não balanceadas) estão representadas a seguir:
I. SiO2(s) + C(s) → Si(s) + CO2(g)
II. Si(s) + Cl2(g) → SiCl4(g)
III. SiCl4(g) + O2(g) → SiO2(s) + Cl2(g)
a) Na obtenção de um tarugo de 300 g de sílica pura, qual a quantidade de energia (em kJ) envolvida? Considere a condição padrão.
Dados de entalpia padrão de formação em kJ mol-1:
SiO2(s) = - 910;
CO2(g) = - 394;
SiCl4(g) = - 657.
b) Com a sílica produzida (densidade = 2,2 g cm-3), foi feito um tarugo que, esticado, formou uma fibra de 0,06 mm de diâmetro. Calcule o comprimento da fibra esticada, em metros.
30 - (UFG GO)
Uma das técnicas utilizadas na produção do etanal comercial é baseada na adição de água ao etino. As análises da combustão do etino e do etanal em um calorímetro forneceram valores de entalpias de -1301 e -1167 kJ/mol, respectivamente. Com base nestas informações, determine se a reação de adição de água ao etino é exotérmica ou endotérmica. Demonstre os cálculos realizados para se chegar à conclusão.
31 - (UFABC SP)
Considere as seguintes informações sobre duas variedades alotrópicas do elemento carbono:
3–
3–
cm 3,5gzerografita Carbono
cm 2,2gol0,45kcal/mdiamante Carbono
Densidadeformação de Entalpiaalotrópica Variedade
××+
a) Sendo a entalpia de combustão completa do Carbono diamante igual a –xkcal × mol–1, qual deve ser a entalpia de combustão do carbono grafita? Justifique.
b) Como interpretar, em termos de arranjos atômicos, o fato de a densidade do diamante ser maior do que a do Carbono grafita, uma vez que ambos são formados por átomos de um mesmo elemento químico?
32 - (UFTM MG)
O ácido nítrico, HNO3, é um dos ácidos mais utilizados na indústria química, e o primeiro método sintético para sua produção ocorreu na Noruega, em 1903, processo chamado de Birkeland-Eyde, que consistia das seguintes etapas:
I. reação entre os gases nitrogênio e oxigênio, utilizando arco voltaico à temperatura acima de 3 000 ºC, para obtenção do monóxido de nitrogênio;
II. oxidação do monóxido de nitrogênio com oxigênio para obtenção do dióxido de nitrogênio;
III. reação do dióxido de nitrogênio com água para obtenção do ácido nítrico e do monóxido de nitrogênio.
Esse método é obsoleto, devido ao elevado custo de energia elétrica utilizada. O método atual, método de Ostwald, utiliza a amônia como matéria-prima. O ácido nítrico também pode ser obtido, sob condições adequadas, a partir da reação do pentóxido de dinitrogênio com água:
(aq) HNO 2 (l) OH (g) ON 3252 →+
Dadas as equações termoquímicas:
kJ 22 Hº (g) ON 2 (g) O 5 (g) N 2kJ 572– Hº (l) OH 2 (g) O (g) H 2kJ 415– Hº (aq) HNO 2 (g) H (g) O 3 (g) N
5222222
3222
+=∆→+=∆→+=∆→++
a) Referente ao processo Birkeland-Eyde, escreva a equação química global para a produção do ácido nítrico.
b) Utilizando as equações termoquímicas, calcule a entalpia-padrão da reação de formação do ácido nítrico a partir da reação do pentóxido de dinitrogênio e água.
33 - (UFMS)
Dadas as equações termoquímicas abaixo:
• CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g) H∆ = –820 kJ / mol
• CH4(g) + CO2(g) → 2 CO(g) + 2 H2(g) H∆ = +206 kJ / mol
• CH4(g) + H2O(g) → CO(g) + 3 H2(g) H∆ = +247 kJ / mol
Calcule a variação de entalpia envolvida na reação abaixo, em kJ / mol de CH4. (Caso necessário, aproxime o resultado para o inteiro mais próximo).
2 CH4(g) + 3 O2(g) → 2 CO(g) + 4 H2O(g) H∆ = ?
34 - (UFTM MG)
O etanol, C2H6O, pode ser obtido a partir da fermentação da sacarose contida no extrato da cana-de-açúcar, importante produto agrícola no Brasil. Nos últimos anos, o aumento da produção do etanol foi impulsionado pelo incremento da frota de carros flex (bicombustíveis) no país. A sacarose pode ser hidrolisada por ácidos diluídos ou pela ação da enzima invertase, resultando na glicose e na frutose.
a) Utilizando a Lei de Hess, calcule o calor da reação de fermentação de um mol de glicose (C6H12O6) em etanol e gás carbônico, a partir das equações das reações de combustão completa da glicose (ºH∆ comb. = –2808 kJ/mol) e do etanol ( ºH∆ comb. = –1368 kJ/mol).
b) Explique como a invertase influencia na energia de ativação da reação de hidrólise da sacarose.
TEXTO: 1 - Comum à questão: 35
A célula a combustível é um dispositivo cujo funcionamento se baseia na reação do oxigênio com o hidrogênio, formando água e liberando energia. O gás hidrogênio, combustível da célula, pode ser obtido, dentre outros métodos, a partir do álcool (metanol ou etanol) em um processo chamado reforma. A reforma do etanol, CH3CH2OH, consiste em seu aquecimento em um reator adequado, com a presença de vapor d’água e de um catalisador, formando-se como produtos o CO2 e o H2.
A figura representa um esquema simplificado de uma célula a combustível, alcalina, usada para geração de energia elétrica.
Para a célula alcalina são dadas as equações das semi-reações de redução:
2H2O(l) + 2e- H2(g) + 2OH-(aq) E0 = -0,83 V
O2(g) + 2H2O(l) + 4e- 4OH-(aq) E0 = +0,40 V
Com a crise do petróleo, fontes alternativas de energia vêm sendo estudadas por diversos países. No Brasil, a tecnologia de células a combustível vem sendo desenvolvida com o apoio do Ministério da Ciência e Tecnologia por meio do Programa Brasileiro de Sistemas de Células a Combustível. Num futuro não distante, elas poderão ser utilizadas em escala comercial para gerar energia para domicílios, hospitais e bancos, no funcionamento de telefones celulares e até mesmo em substituição aos combustíveis fósseis nas frotas de ônibus, automóveis, etc.
35 - (UFTM MG)
a) Os gases produzidos na reforma de 100 mol de etanol foram armazenados a 27ºC em um cilindro com a capacidade de 800 L. Calcule a pressão no interior do cilindro.
Dado: R = 0,082 atm.L.mol−−−−1.K−−−−1
b) Calcule a entalpia de reação da reforma de 1 mol de etanol, a partir das entalpias de formação:
CO2(g) = –394 kJ/mol,
H2O (g) = –242 kJ/mol e
CH3CH2OH )(l = –278 kJ/mol
TEXTO: 2 - Comum à questão: 36
Sabe-se que cerca de 80% de toda a energia consumida pela população mundial provêm de combustíveis como petróleo, carvão mineral e gás natural, os quais estão se esgotando e representam também uma grande ameaça ao meio ambiente. Uma das alternativas para este problema é o uso de fontes renováveis, tais como: álcool, hidrogênio e metano (obtido da queima de matéria orgânica).
36 - (UFJF MG)
Sobre as principais fontes de combustíveis renováveis e não renováveis, responda aos itens abaixo:
a) Quais seriam a massa (em gramas) e o volume de CO2 (em litros) nas CNTP, formados na combustão de 8,0 g de metano?
)(2)g(2)g(2)g(4 OH2COO2CH l+→+
b) Sabendo-se que a entalpia padrão de combustão da gasolina (C8H18) é – 5400 kJ/mol e que sua densidade é de 0,70 g/cm3, qual a energia liberada, em kJ, na queima de 1 litro de gasolina?
TEXTO: 3 - Comum à questão: 37
A produção de energia nas usinas de Angra 1 e Angra 2 é baseada na fissão nuclear de átomos de urânio radioativo 238U. O urânio é obtido a partir de jazidas minerais, na região de Caetité, localizada na Bahia, onde é beneficiado até a obtenção de um concentrado bruto de U3O8, também chamado de yellowcake.
O concentrado bruto de urânio é processado através de uma série de etapas até chegar ao hexafluoreto de urânio, composto que será submetido ao processo final de enriquecimento no isótopo radioativo 238U, conforme o esquema a seguir.
37 - (UFRJ) A reação de HF com o dióxido de urânio (fluoretação) libera 44 kJ para cada mol de HF consumido.
Calcule o calor liberado no processo quando 540 kg de dióxido de urânio são reagidos com HF.
TEXTO: 4 - Comum à questão: 38
A população humana tem crescido inexoravelmente, assim como o padrão de vida. Conseqüentemente, as exigências por alimentos e outros produtos agrícolas têm aumentado enormemente e hoje, apesar de sermos mais de seis bilhões de habitantes, a produção de alimentos na Terra suplanta nossas necessidades. Embora um bom tanto de pessoas ainda morra de fome e um outro tanto morra pelo excesso de comida, a solução da fome passa, necessariamente, por uma mudança dos paradigmas da política e da educação. Não tendo, nem de longe, a intenção de aprofundar nessa complexa matéria, essa prova simplesmente toca, de leve, em problemas e soluções relativos ao desenvolvimento das atividades agrícolas, mormente aqueles referentes à Química. Sejamos críticos no trato dos danos ambientais causados pelo mau uso de fertilizantes e defensivos agrícolas, mas não nos esqueçamos de mostrar os muitos benefícios que a Química tem proporcionado à melhoria e continuidade da vida.
38 - (UNICAMP SP)
Quando se utiliza um biossistema integrado numa propriedade agrícola, a biodigestão é um dos processos essenciais desse conjunto. O biodigestor consiste de um tanque, protegido do contato com o ar atmosférico, onde a matéria orgânica de efluentes, principalmente fezes animais e humanas, é metabolizada por bactérias. Um dos subprodutos obtidos nesse processo é o gás metano, que pode ser utilizado na obtenção de energia em queimadores.
A parte sólida e líquida que sobra é transformada em fertilizante. Dessa forma, faz-se o devido tratamento dos efluentes e ainda se obtêm subprodutos com valor agregado.
a) Sabe-se que a entalpia molar de combustão do metano é de –803 kJ/mol; que a entalpia molar de formação desse mesmo gás é de –75 kJ/mol; que a entalpia molar de formação do CO2 é de –394 kJ/mol. A partir dessas informações, calcule a entalpia molar de formação da água nessas mesmas condições.
No aparelho digestório de um ruminante ocorre um processo de fermentação de hexoses, semelhante ao que ocorre nos biodigestores. A equação abaixo tem sido utilizada para representar essa fermentação:
OH 27 CH 35,5 CO 62,5 COOHCHCHCH 15
COOHCHCH 24 COOHCH 95 OHC 58
242223
2336126
++++++→
b) Considere a seguinte afirmação: “o processo de fermentação digestiva de ruminantes contribui para o aquecimento global”. Você concorda? Responda SIM ou NÃO e explique sua resposta.
c) Qual seria o número de moles de gás metano produzido na fermentação de 5,8 quilogramas de hexose ingeridos por um ruminante?
TEXTO: 5 - Comum à questão: 39
Eles estão de volta! Omar Mitta, vulgo Rango, e sua esposa Dina Mitta, vulgo Estrondosa, a dupla explosiva que já resolveu muitos mistérios utilizando o conhecimento químico (vestibular UNICAMP 2002). Hoje estão se preparando para celebrar uma data muito especial. Faça uma boa prova e tenha uma boa festa depois dela. Embora esta prova se apresente como uma narrativa ficcional, os itens a e b em cada questão de 1 a 12 devem, necessariamente, ser respondidos.
39 - (UNICAMP SP) Se o caso era cozinhar, Rango não tinha problemas. Ele preparou a massa do bolo da festa utilizando um fermento químico à base de carbonato ácido (bicarbonato) de sódio. Rango começou bem cedo essa preparação, pois Estrondosa vivia reclamando que depois que o gás passou a ser o gás de rua, parecia que o forno havia ficado mais lento para assar. Perdido nessas maravilhas que rodeavam a atividade na cozinha, Rango se refestelava com os conceitos químicos...
a) “Antes de usar o fermento, eu coloquei um pouco dele em água e houve um desprendimento de gás. Isso me indicou que o fermento estava adequado para ser utilizado no bolo. Qual é a equação química da reação que eu acabei de observar?”
b) “Se a reclamação de Estrondosa sobre o gás combustível for verdadeira, o gás liquefeito de petróleo (butano) deve fornecer uma energia maior que o gás de rua (metano), considerando- se uma mesma massa de gás queimado... Será que essa hipótese é verdadeira?”
Dados: entalpias de formação em kJ mol–1: butano = –126, metano = –75, gás carbônico = –394 e água = –242
TEXTO: 6 - Comum à questão: 40
O esmalte que reveste os dentes é constituído pelo mineral hidroxiapatita, um hidroxifosfato de cálcio. O processo de mineralização/desmineralização do esmalte do dente pode ser representado pela seguinte equação:
OH PO 3 Ca x OH OH)(POCa (aq)(aq)34(aq)
2(l)2
titaHidroxiapa(s)34x
−−+→← +++
40 - (UFJF MG) O clareamento dentário pode ser feito à base de peróxido de hidrogênio, o qual se decompõe em água e oxigênio. Calcule a variação de entalpia da reação e conclua se a mesma é exotérmica ou endotérmica.
)g(221
)l(2)aq(22 O OHOH +→
134OO498OO464OH436HH
(kJ/mol) ligação de HLigação
−=−−
∆
GABARITO:
1) a) m = 733 g de CO2 b)E = 7.061 kJ 2) a) OH 2 2CO3O CHCH 22222 +→+
b) moles de eteno = 2 moles moles de eteno = ½ de moles de CO2
c) kJou HC mol/kJ 1412H 42−=∆ d) produção de gás carbônico (CO2), efeito estufa, aquecimento/aquecimento
global, chuva ácida, poluição atmosférica.
3) –1 366,8 kJ/mol C2H5OH 4) Kcal 2,337H =∆ 5) a) O poder calorífico do carvão mineral depende basicamente da
porcentagem de carbono não volátil no material em combustão. Assim, o lignito deve apresentar o menor poder calorífico (menor % de C).
b) O gás poluente (SO2) é formado na combustão da pirita (FeS2). Quanto maior a porcentagem de "outros constituintes" onde se encontra a pirita, maior a quantidade de gás poluente por unidade de massa queimada. Assim, o carvão betuminoso deve liberar a maior quantidade de gás poluente.
c) )g(2)s()g(2)s(2 SO 4FeO 2O 5FeS 2 +→+ d) kJ108,2 7⋅
6) Equação II: CO(g) Equação III: H2(g)
2(g)4(g)(g)2(s) CO CH O2H 2C +→+ kJ16H +=∆
7) a) −28,46 kJ b) atm 6,47p ≅
8) )g(2)grafite()(66 H3C6HC +→l
kJ49H1 −=∆
)g(2)g(2)grafite( CO6O6C6 →+ kJ2361)5.393(6H2 −=−=∆
)(2)g(2)g(2 OH3O2/3H3l
→+ kJ4,857)286(3H3 −=−=∆
kJ4,3267HHHtotal H 321 −=∆+∆+∆=∆
9) a) 80% b) Na amostra contendo etanol e água.O etanol apresenta maior polaridade
10) a) 2NH3 + 2,5 O2 → 2NO + 3H2O
b) NH4NO3 N2O + 2H2O
c) ∆H = –319kJ/mol
12) ∆H = + 207kJ 13) ∆H = –3kJ processo é exotérmico. 14) 66Cal
15) a) ∆H = – 1368kJ b) A reação é exotérmica, pois o ∆H é negativo. Nota: Na equação III fornecida deveria estar escrito C(s), ao invés de C(g).
16) a) – 312 kJ/mol b) liberação de calor
17) a)3 C2H2 → C6H6 ∆H1 = ?
3 C2H2 + 15/2 O2 → 6 CO2 + 3 H2O ∆H = – 3768 kJ
6 CO2 + 3 H2O → C6H6 + 15/2 O2 ∆H = + 3168 kJ
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
3 C2H2 → C6H6 ∆H = – 600 kJ
Os itens b, c e d podem ser respondidas com o gráfico abaixo:
Analisando-se o diagrama percebe-se que:
|∆H3| > |∆H2|
18) a) ∆H = -391kjb) O = N – O – N = O
19) ∆H = - 890,2kj 20) a) – 66,2 kJ/mol b) 168 L de ar
21) a) A reação absorve calor (endotérmica) por causa do ∆H ser positiva.
b) A reação mostra que 176 kJ são necessários para formar 2 mol de N2O. Portanto, a quantidade de energia para formar 1 mol é: 176/2 = 88 kJ. A massa molecular de N2O é (2*14+16) = 44g/mol, a que permite calcular o número de mol correspondente à massa de 25 g, ou seja, 25/44 mol. Conseqüentemente, a energia necessária para formar 25 g de N2O é: 88*25 / 44 = 50 kJ para 25 g.
22) a) x = 3,2 × 107 kJ b) x = 1,68 toneladas
23) a) 0,625 kcal b) mol/kcal5,4H OH3CO2
O3OHHC1
22
252
−=∆+→→+
mol/kcal5,11H OH9CO8
OHC1
22
2225
188
−=∆+→
→+
c) 17,92 L
d) O etanol, pois para produzir 11,5 kcal/mol são produzidos 5,1mol de CO2, enquanto que o octano produz 8mol de CO2.
Um outro fato que deve ser considerado é que o etanol é um combustível renovável, enquanto que o octano não.
24)6 kg de H2 25) a) 0,45 ou 45% b)x = 90 g de glicose
26) 285,53mL 27) 783
28) a) 7,22 × 105 L de gás oxigênio..
b) No Hindemburg temos 8,1 × 106 mols de gás hidrogênio queimados .
Na nave espacial, teremos:
1 mol de H2 ____ 2,0158 g
x mol de H2 ____ 1,04 × 108 g
x = 5,14 × 107mols de H2
Ocorrerá maior liberação de energia no caso da nave, pois a quantidade de mols de hidrogênio é maior.
29) a) A quantidade de energia liberada será de 1970 kJ, ou seja, ∆H = -1970 kJ.
b) 4,83×104 m
30)
A reação do etino com água é exotérmica.
31) a) ∆H1 é a entalpia de combustão completa do carbono grafita. É igual –x + 0,45 kcal
b)
Para massas iguais, o arranjo mais compacto apresentara menor volume, portanto, maior densidade, o que ocorre com o diamante.
O examinador trocou as densidades do grafita e do diamante informados na tabela.
32) a) 3222 HNO 2OH 2O 2N →++ b) mol/kJ 70H −=∆
33) 584 34) a) eglimolkkJ cos.72 1−−=∆Η b) diminui a energia de ativação
35) a) 18,45atm b) – 268kJ/mol
36) a) 11,2 L b)3,32 x 104 kJ
37) kJ176kJ44x4H OH2UFUOHF4 242 −=−=∆+→+
Massa molar do UO2 = 270 g/mol
Quantidade de UO2 que reage: 540 kg = (540/270) x 103 = 2 x 103 mols.
Logo, temos que 2 x 103 mols de UO2 liberam 2 x 103 x 176 = 352 x 103 kJ
38) a) 1222
12 kJmol 242H OHOH −−=∆=+
b) Sim, contribui para o efeito estufa, pois uma grande quantidade de CO2 e/ou CH4 é produzida, e estes são gases causadores do efeito estufa.
M (hexose) = 179,4 ≅ �180 g mol–1
c) 8,19n ≅ moles de CH4
39) a) )l(OH)g(CO)aq(H)aq(HCO 223 +→+ +−
b) Para uma mesma massa de gás combustível queimado, há maior liberação de energia na combustão do gás de rua (metano). Portanto essa hipótese não é verdadeira.
40) mol/kJ115H −=∆ ; A reação é exotérmica.
