Lista 3 - Química Geral 2021-2

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS – UFMG INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS – ICEx Departamento de Química – Setor de Química Inorgânica 3ª Lista de Exercícios – Química Geral B (QUI003) Questão 01. O acetileno, C2H2, é um gás usado frequentemente em soldas. Dadas as equações termoquímicas abaixo, calcule o valor do fH0 para esse composto. a. CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(s) fH0 = ‒ 65,3 kJ b. CaO(s) + 3 C(s) → CaC2(s) + CO(g) fH0 = + 462,3 kJ c. CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g) fH0 = + 178 kJ d. CaC2(s) + 2 H2O(l) → Ca(OH)2(s) + C2H2(g) fH0 = ‒ 126 kJ e. 2 C(s) + O2(g) → 2 CO(g) fH0 = ‒ 220 kJ f. 2 H2O(l) → 2 H2(g) + O2(g) fH0 = + 572 kJ Questão 02. O etanol, C2H5OH, é um líquido utilizado como combustível. (a) Escreva a equação química referente à combustão completa desse composto. (b) Considerando os dados contidos no quadro abaixo, determine a energia liberada pela queima total de 3,78 L de etanol. A densidade desse álcool é 0,787 g mL-1. Composto fH0 (kJ mol-1) C2H5OH(l) − 277,63 H2O(l) − 285,83 CO2(g) − 393,50 Questão 03. Calcule a variação de entalpia para a reação de formação do clorofórmio (CHCl3), a partir de cloro e metano, conforme representado na equação abaixo. CH4(g) + 3 Cl2(g) → 3 HCl(g) + CHCl3(l) Considere as seguintes informações: a. CH4(g) + 2 O2(g) → 2 H2O(l) + CO2(g) rH0 = ‒ 890,4 kJ mol-1 b. HCl(g) → ½ H2(g) + ½ Cl2(g) rH0 = + 184,6 kJ mol-1 c. Entalpia de formação do CO2(g) a partir de C(grafite) fH0 = ‒ 393,5 kJ mol-1 d. Entalpia de formação da H2O(l) fH0 = ‒ 285,8 kJ mol-1 e. Entalpia de formação do CHCl3(l) fH0 = ‒ 134,5 kJ mol-1 Questão 04. a) O hidrogênio é um combustível bastante atraente, uma vez que sua queima libera energia e que o único produto formado é a água. Calcule o calor liberado na combustão de 1 mol de H2(g), produzindo H2O(l). b) O processo seria mais ou menos eficiente, se água gasosa fosse produzida? Qual é a diferença em kJ mol-1? Questão 05. Escreva a equação química que representa a entalpia padrão de formação de cada uma das seguintes substâncias: a) NaOH(s) b) CaCO3(s) c) MgO(s) d) BaF2(s) Questão 06. A entalpia de combustão, cH0, do ácido oxálico, H2C2O4(s), é de ‒ 246,05 kJ mol-1. Considerando os dados apresentados no quadro a seguir, faça o que se pede. Substância fH0 (kJ mol-1) C(s) 0 CO2(g) ‒ 393,50 H2(g) 0 H2O(l) − 285,83 O2(g) 0 H2C2O4(s) ? a) Escreva a equação química que representa a combustão completa de 1 mol de ácido oxálico. b) Escreva a equação química que representa a formação de 1 mol de ácido oxálico a partir das substâncias elementares. c) Use as informações do quadro e as equações do itens (a) e (b) para determinar o valor de H0f do ácido oxálico. Questão 07. Use os valores de entalpia média de ligação (apresentados no quadro a seguir) para determinar a variação de entalpia para cada uma das reações químicas representadas abaixo. Explique a tendência, se houver alguma, que existe entre a quantidade de calor envolvida nas reações e a extensão na qual o átomo de carbono está ligado ao átomo de oxigênio. a. C(g) + 2 F2(g) → CF4(g) b. CO(g) + 3 F2(g) → CF4(g) + OF2(g) c. CO2(g) + 4 F2(g) → CF4(g) + 2 OF2(g) Ligação Entalpia média de ligação (kJ mol-1) F−F 155 C−F 485 C−O 358 C=O 799 CO 1072 O−F 190 Questão 08. O cloreto de alumínio(III) anidro é um sólido produzido industrialmente a partir da reação entre alumínio sólido e gás cloro (Cl2). a) Escreva a equação química que representa a entalpia padrão de formação do cloreto de alumínio(III). b) Calcule a entalpia padrão de formação do cloreto de alumínio(III) a partir dos dados apresentados abaixo. a. 2 Al(s) + 6 HCl(aq) → 2 AlCl3(aq) + 3 H2(g) rH0 = − 1049,0 kJ b. HCl(g) → HCl(aq) rH0 = − 74,800 kJ c. H2(g) + Cl2(g) → 2 HCl(g) rH0 = − 185,00 kJ d. AlCl3(s) → AlCl3(aq) rH0 = − 323,00 kJ Questão 09. Durante exercícios físicos, as gorduras reagem com a água para gerar os ácidos graxos. Estes então reagem com oxigênio (O2) gasoso para gerar água líquida e dióxido de carbono gasoso, esta reação libera energia para o organismo. Um ácido graxo típico é o ácido láurico, CH3(CH2)10COOH, que tem o mesmo número de átomos de carbono do carboidrato sacarose, C12H22O11. Dados: Massas molares (g mol-1): C = 12,011, H = 1,0079, O = 15,9994. a) Considerando que a sacarose reaja com o oxigênio de maneira similar ao ácido láurico, escreva equações químicas para a oxidação da sacarose e do ácido láurico. b) Determine a massa de sacarose necessária para produzir a mesma energia gerada na oxidação de 15,00 g de ácido láurico. Para isso, considere os dados apresentados no quadro abaixo. Composto fH0 (kJ mol-1) CH3(CH2)10COOH(s) − 774,60 C12H22O11(s) − 2226,1 CO2(g) − 393,51 H2O(l) − 285,83 c) A partir dos dados obtidos no item anterior (b), por que é mais eficiente armazenar energia na forma de gordura do que na forma de carboidratos? Questão 10. A reação de decomposição da ureia pode gerar hidrazina e monóxido de carbono conforme representado na equação abaixo. C NH2 N H2 O H2N NH2 + CO (g) (g) (g) Considerando os valores apresentados no quadro abaixo (valores de energia de ligação), calcule a variação de entalpia rH0) para a reação representada acima. Ligação Energia de ligação (kJ mol-1) C-N 305 C-O 360 C=O 743 C≡O 1074 N-N 163 N-H 388 Questão 11. Um método para obtenção de hidrogênio (H2) gasoso em grande escala compreende a realização das reações representadas abaixo (as equações químicas não estão balanceadas). Etapa 1: SO2(g) + H2O(g) + Br2(g) → H2SO4(l) + HBr(g) Etapa 2: H2SO4(l) → H2O(g) + SO2(g) + O2(g) Etapa 3: HBr(g) → H2(g) + Br2(g) a) Com os dados apresentados no quadro a seguir, calcule a variação de entalpia (rH0) para cada uma das reações representadas. Composto fH0 (kJ mol-1) Br2(g) + 30,90 SO2(g) ‒ 296,8 H2O(g) ‒ 241,8 HBr(g) ‒ 36,30 H2SO4(l) ‒ 814,0 b) Escreva a equação do processo global e determine a variação de entalpia para esse processo. Questão 12. O processo Claus para a extração de enxofre do petróleo é realizado em duas etapas, conforme representado pelas equações químicas (não balanceadas) abaixo. Etapa 1: H2S(g) + O2(g) → SO2(g) + H2O(l) Etapa 2: H2S(g) + SO2(g) → S(s) + H2O(l) a) Com os dados apresentados no quadro abaixo, calcule a variação de entalpia (rH0) para cada uma das reações representadas. Composto fH0 (kJ mol-1) H2S(g) ‒ 20,63 SO2(g) ‒ 296,8 H2O(l) ‒ 285,8 b) Escreva a equação do processo global e determine a variação de entalpia do processo quando são gerados 60,00 kg de enxofre. c) Indique se o reator no qual ocorre a reação descrita no item anterior deve ser aquecido ou resfriado para manter a temperatura do processo constante. Questão 13. Um método sugerido para a remoção de dióxido de enxofre (SO2) gasoso de chaminés de usinas de energia é o seguinte: reação entre o SO2 e sulfeto de hidrogênio (H2S) gasoso, gerando enxofre (S) sólido e água no estado gasoso. a) Escreva uma equação química balanceada que represente a reação descrita. b) Com os dados apresentados no quadro abaixo, calcule a variação de entalpia para essa reação, considerando que ela aconteça a 298,15 K. Pode-se afirmar que essa reação é espontânea? Justifique sua resposta. Composto fH0 (kJ mol-1) SO2(g) − 296,83 H2S(g) − 20,630 S(s) 0 H2O(g) − 241,82 Questão 14. A hidrazina (N2H4) e a 1,1-dimetil-hidrazina (N2H2(CH3)2) reagem espontaneamente com o oxigênio, equações 1 e 2 respectivamente, e podem ser usadas como combustíveis de foguetes. Equação 1: N2H4(l) + O2(g) → N2(g) + 2 H2O(g) Equação 2: N2H2(CH3)2(l) + 4 O2(g) → 2 CO2(g) + 4 H2O(g) + N2(g) a) Com os dados apresentados no quadro a seguir, determine o valor da entalpia para as duas reações. Composto fH0 (kJ mol-1) N2H4(l) + 50,6 N2H2(CH3)2(l) + 48,9 H2O(g) − 241,8 CO2(g) − 393,5 b) Suponha que você seja responsável pela escolha de uma das substâncias para ser usada como combustível por um foguete da NASA. A partir dos valores encontrados no item (a), indique qual substância você escolheria como combustível. Justifique sua resposta ao item anterior. Questão 15. A obtenção de ferro a partir do seu minério envolve reações com monóxido de carbono. Algumas etapas são representadas abaixo. Etapa 1: Fe2O3(s) + 3 CO(g) → 2 Fe(s) + 3 CO2(g) Etapa 2: 3 Fe2O3(s) + CO(g) → 2 Fe3O4(s) + CO2(g) Etapa 3: Fe3O4(s) + CO(g) → 3 FeO(s) + CO2(g) a) Com os dados apresentados no quadro, calcule a variação de entalpia (rH0) para cada uma das reações. Composto fH0 (kJ mol-1) Fe(s) 0 FeO(s) − 272,0 Fe2O3(s) − 824,2 Fe3O4(s) − 1118,4 CO(g) − 110,53 CO2(g) − 393,51 b) Considere que a obtenção de ferro possa ser representada por: FeO(s) + CO(g) → Fe(s) + CO2(g) Determine a variação de entalpia para esse processo. Indique se o processo é ou não espontâneo e justifique sua resposta. Questão 16. Uma reação que está sendo estudada para gerar oxigênio a partir de dióxido de carbono tem as duas etapas representadas a seguir (equações não balanceadas): CO2(g) + H2(g) → C(s) + H2O(l) H2O(l) → H2(g) + O2(g) a) Escreva uma equação termoquímica que representa o processo global de geração de oxigênio. b) Qual a variação de entalpia associada com a produção de 45,00 L de oxigênio à 0,800 atm e 300 K? Composto fH0 (kJ mol-1) H2O(l) − 285,8 CO2(g) − 393,5 c) O reator deve ser aquecido ou resfriado para manter a temperatura constante? Questão 17. Escreva a equação da atomização de 2-metilpropano gasoso, (CH3)2CHCH3 (g). Com os dados apresentados nos quadros, calcule a entalpia padrão de formação de 2-metilpropano gasoso. Composto fH0 (kJ mol-1) C(g) 716,7 H(g) 218,0 Ligação Energia de ligação (kJ mol-1) C-C 347 C-H 413 Questão 18. a) Com os dados apresentados no quadro, calcule a entalpia da ligação oxigênio–oxigênio na molécula de peróxido de hidrogênio (H2O2). b) Considerando que E(O=O) = 498 kJ mol-1, o que pode dizer sobre a ordem da ligação oxigênio– oxigênio nesta molécula? (kJ mol-1) Energia de ligação O-H 464 ∆Hº de atomização de H2O2 (g) 1070 Questão 19. Com os dados apresentados nos quadros, calcule a entalpia da reação C(s) + 2H2O(l) → CO2(g) + + 2 H2(g) Composto fH0 (kJ mol-1) H2O(l) − 285,8 CH4(g) − 74,8 (kJ mol-1) ∆Hº de combustão de CH4(g) formando água líquida − 890,3 Questão 20. a) Com os dados apresentados no quadro, calcule a entalpia de combustão do metanol, em que reagentes e produtos estão no estado gasoso. b) Sob o ponto de vista do calor liberado por grama, qual combustível e mais eficiente, metanol ou hidrogênio gasosos? Composto fH0 (kJ mol-1) H2O(g), − 241,8 CO2(g) − 393,5 CH3OH(g) − 200,7