5.E: Termoquímica (exercícios)

5.1: Noções básicas de energia

Q5.1.1

Um fósforo aceso e uma fogueira podem ter a mesma temperatura, mas você não se sentaria ao redor de um fósforo aceso em uma noite de outono para se aquecer. Por que não?

S5.1.1

A temperatura de 1 grama de madeira queimada é aproximadamente a mesma tanto para um fósforo quanto para uma fogueira. Esta é uma propriedade intensiva e depende do material (madeira). No entanto, a quantidade total de calor produzido depende da quantidade de material; essa é uma propriedade extensa. A quantidade de madeira em uma fogueira é muito maior do que a de um fósforo; a quantidade total de calor produzido também é muito maior, e é por isso que podemos sentar ao redor de uma fogueira para nos manter aquecidos, mas um fósforo não forneceria calor suficiente para evitar que esfriássemos.

Q5.1.2

Prepare uma tabela identificando várias transições de energia que ocorrem durante a operação típica de um automóvel.

Q5.1.3

Explique a diferença entre a capacidade térmica e o calor específico de uma substância.

S5.1.3

A capacidade térmica refere-se ao calor necessário para elevar a temperatura da massa da substância em 1 grau; calor específico refere-se ao calor necessário para elevar a temperatura de 1 grama da substância em 1 grau. Assim, a capacidade térmica é uma propriedade extensa e o calor específico é intensivo.

Q5.1.4

Calcule a capacidade térmica, em joules e em calorias por grau, do seguinte:

1. 28,4 g de água
2. 1,00 onças de chumbo

Q5.1.5

Calcule a capacidade térmica, em joules e em calorias por grau, do seguinte:

1. 45,8 g de gás nitrogênio
2. 1,00 libra de metal de alumínio

S5.1.5

1. 47,6 J/°C; 11,38 cal °C ⁻¹;
2. 407 J/°C; 97,3 °C de cal ⁻¹

Q5.1.6

Quanto calor, em joules e em calorias, deve ser adicionado a um bloco de ferro de 75,0 g com um calor específico de 0,449 J/g° C para aumentar sua temperatura de 25° C para sua temperatura de fusão de 1535° C?

S5.1.6

\(q=mCΔ°T\)

\(q=(75.0g)\times(\dfrac{0.449\:J}{g\:°C})\times(1,510°K) = 50,800J\)

50.800 J; 12.200 cal

Q5.1.7

Quanto calor, em joules e em calorias, é necessário para aquecer um cubo de gelo de 28,4 g (1 oz) de −23,0 °C a −1,0 °C?

S5.1.7

1310 J; 313 kcal

Q5.1.8

Quanto a temperatura de 275 g de água aumentaria se 36,5 kJ de calor fossem adicionados?

S5.1.8

ΔT ^° = 31,7° C

Q5.1.9

Se 14,5 kJ de calor fossem adicionados a 485 g de água líquida, quanto sua temperatura aumentaria?

S5.1.9

7,15 °C

Q5.1.10

Um pedaço de substância desconhecida pesa 44,7 g e requer 2110 J para aumentar sua temperatura de 23,2 °C para 89,6 °C.

1. Qual é o calor específico da substância?
2. Se for uma das substâncias encontradas na Tabela, qual é sua provável identidade?

S5.1.10

uma.) Resolva o calor específico\(C\) e compare os valores com o gráfico

\(q=mCΔ°T\)

\(2110J=(44.7\:g)(C)(66.4°C)\)

\(C=\dfrac{2110\:J}{2970\:g\:°C}\)

\(C=\dfrac{0.711\:J}{g\:°C}\)

b.) Silício

Q5.1.11

Um pedaço de substância sólida desconhecida pesa 437,2 g e requer 8460 J para aumentar sua temperatura de 19,3 °C para 68,9 °C.

1. Qual é o calor específico da substância?
2. Se for uma das substâncias encontradas na Tabela, qual é sua provável identidade?

S5.1.11

1. 0,390 J/g °C;
2. O cobre é um candidato provável.

Q5.1.12

Uma chaleira de alumínio pesa 1,05 kg.

1. Qual é a capacidade calorífica da chaleira?
2. Quanto calor é necessário para aumentar a temperatura desta chaleira de 23,0° C para 99,0° C?
3. Quanto calor é necessário para aquecer esta chaleira de 23,0° C a 99,0° C se ela contiver 1,25 L de água (densidade de 0,997 g/mL e um calor específico de 4,184 J/g° C)?

Q5.1.13

A maioria das pessoas acha os leitos de água desconfortáveis, a menos que a temperatura da água seja mantida em torno de 85° F. A menos que seja aquecido, um colchão d'água que contém 892 L de água esfria de 85° F a 72° F em 24 horas. Estime a quantidade de energia elétrica necessária em 24 horas, em kWh, para evitar que a cama esfrie. Observe que 1 quilowatt-hora (kWh) = 3,6 × 10 ⁶ J e suponha que a densidade da água seja 1,0 g/mL (independente da temperatura). Que outras suposições você fez? Como elas afetaram seu resultado calculado (ou seja, era provável que produzissem erros “positivos” ou “negativos”)?

S5.1.13

Assumimos que a densidade da água é de 1,0 g/cm ³ (1 g/mL) e que é necessária tanta energia para manter a água a 85° F quanto para aquecê-la de 72° F a 85° F. Também assumimos que somente a água será aquecida. Energia necessária = 7,47 kWh

5.2: Calorimetria

Q5.2.1

Uma garrafa de 500 ml de água em temperatura ambiente e uma garrafa de 2 litros de água na mesma temperatura foram colocadas na geladeira. Após 30 minutos, a garrafa de água de 500 ml esfriou até a temperatura do refrigerador. Uma hora depois, os 2 litros de água esfriaram até a mesma temperatura. Quando perguntado sobre qual amostra de água perdeu mais calor, um aluno respondeu que ambas as garrafas perderam a mesma quantidade de calor porque começaram na mesma temperatura e terminaram na mesma temperatura. Um segundo aluno achou que a garrafa de água de 2 litros perdia mais calor porque havia mais água. Um terceiro estudante acreditava que a garrafa de água de 500 mL perdia mais calor porque esfriava mais rapidamente. Um quarto aluno achou que não era possível saber porque não sabemos a temperatura inicial e a temperatura final da água. Indique qual dessas respostas está correta e descreva o erro em cada uma das outras respostas.

Q5.2.2

A quantidade de calor medida para a reação no Exemplo seria maior, menor ou permaneceria a mesma se usássemos um calorímetro que fosse um isolante mais pobre do que um calorímetro de xícara de café? Explique sua resposta.

S5.2.2

menor; mais calor seria perdido para a xícara de café e para o meio ambiente e, portanto, ΔT para a água seria menor e o q calculado seria menor

Q5.2.3

A quantidade de calor absorvida pela dissolução em Example pareceria maior, menor ou permaneceria a mesma se o experimentador usasse um calorímetro que fosse um isolante mais pobre do que um calorímetro de xícara de café? Explique sua resposta.

Q5.2.4

A quantidade de calor absorvida pela dissolução no Exemplo pareceria maior, menor ou permaneceria a mesma se a capacidade térmica do calorímetro fosse levada em consideração? Explique sua resposta.

S5.2.4

maior, pois levar em consideração a capacidade térmica do calorímetro compensará a energia térmica transferida do calorímetro para a solução; essa abordagem inclui o próprio calorímetro, junto com a solução, como “ambiente”: q _rxn = − (q solução + q _calorímetro); uma vez que tanto a _solução q quanto o _calorímetro q são negativos, incluir o último termo (q _rxn) produzirá um valor maior para o calor da dissolução

Q5.2.5

Quantos mililitros de água a 23 °C com uma densidade de 1,00 g/mL devem ser misturados com 180 mL (cerca de 6 oz) de café a 95 °C para que a combinação resultante tenha uma temperatura de 60 °C? Suponha que café e água tenham a mesma densidade e o mesmo calor específico.

Q5.2.6

Quanto a temperatura de uma xícara (180 g) de café a 95° C será reduzida quando uma colher de prata de 45 g (calor específico de 0,24 J/g° C) a 25° C for colocada no café e as duas puderem atingir a mesma temperatura? Suponha que o café tenha a mesma densidade e calor específico da água.

S5.2.6

A temperatura do café cairá 1 grau.

Q5.2.7

Uma colher de alumínio de 45 g (calor específico de 0,88 J/g° C) a 24° C é colocada em 180 mL (180 g) de café a 85° C e a temperatura dos dois se torna igual.

1. Qual é a temperatura final quando os dois se tornam iguais? Suponha que o café tenha o mesmo calor específico da água.
2. A primeira vez que um estudante resolveu esse problema, ela recebeu uma resposta de 88 °C. Explique por que essa é claramente uma resposta incorreta.

Q5.2.8

A temperatura da água de resfriamento quando ela sai do motor quente de um automóvel é de 240 °F. Depois de passar pelo radiador, ela tem uma temperatura de 175 °F. Calcule a quantidade de calor transferida do motor para o ambiente em um galão de água com um calor específico de 4,184 J/g °C.

S5.2.8

\(5.7 \times 10^2\; kJ\)

Q5.2.8

Uma peça de metal de 70,0 g a 80,0 °C é colocada em 100 g de água a 22,0 °C contida em um calorímetro como o mostrado na Figura. O metal e a água chegam à mesma temperatura a 24,6 °C. Quanto calor o metal cedeu à água? Qual é o calor específico do metal?

Q5.2.9

Se uma reação produz 1.506 kJ de calor, que fica preso em 30,0 g de água inicialmente a 26,5 °C em um calorímetro como o da Figura, qual é a temperatura resultante da água?

S5.2.9

38,5 °C

Q5.2.10

Uma amostra de 0,500 g de KCl é adicionada a 50,0 g de água em um calorímetro (Figura). Se a temperatura diminuir em 1,05 °C, qual é a quantidade aproximada de calor envolvida na dissolução do KCl, assumindo que a capacidade térmica da solução resultante é de 4,18 J/g °C? A reação é exotérmica ou endotérmica?

Q5.2.11

A dissolução de 3,0 g de CaCl ₂ (s) em 150,0 g de água em um calorímetro (Figura) a 22,4 °C faz com que a temperatura suba para 25,8 °C. Qual é a quantidade aproximada de calor envolvida na dissolução, supondo que a capacidade térmica da solução resultante seja de 4,18 J/g °C? A reação é exotérmica ou endotérmica?

S5.2.11

2,2 kJ; O calor produzido mostra que a reação é exotérmica.

Q5.2.12

Quando 50,0 g de NaCl (aq) 0,200 M a 24,1 °C são adicionados a 100,0 g de 0,100 M AgNO ₃ (aq) a 24,1 °C em um calorímetro, a temperatura aumenta para 25,2 °C à medida que se forma AgCl (s). Supondo que o calor específico da solução e dos produtos seja de 4,20 J/g °C, calcule a quantidade aproximada de calor em joules produzidos.

Q5.2.13

A adição de 3,15 g de Ba (OH) ₂ •8H ₂ O a uma solução de 1,52 g de NH ₄ SCN em 100 g de água em um calorímetro fez com que a temperatura caísse em 3,1 °C. Supondo que o calor específico da solução e dos produtos seja 4,20 J/g °C, calcule a quantidade aproximada de calor absorvida pela reação, que pode ser representada pela seguinte equação:

\[Ba(OH)_2 \cdot 8H_2O_{(s)} + 2NH_4SCN_{(aq)} \rightarrow Ba(SCN)_{2(aq)} + 2NH_{3(aq)} + 10H_2O_{(l)}\]

S5.2.13

1,4 kJ

Q5.2.14

A reação de 50 mL de ácido e 50 mL de base descrita em Exemplo aumentou a temperatura da solução em 6,9 graus. Quanto a temperatura teria aumentado se 100 mL de ácido e 100 mL de base tivessem sido usados no mesmo calorímetro a partir da mesma temperatura de 22,0 °C? Explique sua resposta.

Q5.2.15

Se os 3,21 g de NH ₄ NO ₃ no Exemplo fossem dissolvidos em 100,0 g de água nas mesmas condições, quanto a temperatura mudaria? Explique sua resposta.

S5.2.15

22,6. Como a massa e a capacidade térmica da solução são aproximadamente iguais às da água, o aumento de duas vezes na quantidade de água leva a uma diminuição de duas vezes da mudança de temperatura.

Q5.2.16

Quando 1,0 g de frutose, C ₆ H ₁₂ O ₆ (s), um açúcar comumente encontrado em frutas, é queimado em oxigênio em um calorímetro de bomba, a temperatura do calorímetro aumenta em 1,58 °C. Se a capacidade térmica do calorímetro e seu conteúdo for 9,90 kJ/°C, o que é q para essa combustão?

Q5.2.17

Quando uma amostra de 0,740 g de trinitrotolueno (TNT), C ₇ H ₅ N ₂ O ₆, é queimada em um calorímetro de bomba, a temperatura aumenta de 23,4 °C para 26,9 °C. A capacidade térmica do calorímetro é de 534 J/°C e contém 675 mL de água. Quanto calor foi produzido pela combustão da amostra TNT?

S5.2.17

1,7 kJ

Q5.2.18

Um método de gerar eletricidade é queimar carvão para aquecer a água, que produz vapor que aciona um gerador elétrico. Para determinar a taxa na qual o carvão deve ser introduzido no queimador nesse tipo de planta, o calor da combustão por tonelada de carvão deve ser determinado usando um calorímetro de bomba. Quando 1,00 g de carvão é queimado em um calorímetro de bomba, a temperatura aumenta em 1,48 °C. Se a capacidade térmica do calorímetro for de 21,6 kJ/°C, determine o calor produzido pela combustão de uma tonelada de carvão (2.000 × 10 ³ libras).

Q5.2.19

A quantidade de gordura recomendada para alguém com uma dieta diária de 2000 calorias é 65 g. Qual porcentagem das calorias dessa dieta seria fornecida por essa quantidade de gordura se o número médio de calorias para gordura fosse 9,1 calorias/g?

S5.2.19

30%

Q5.2.20

Uma colher de chá do carboidrato sacarose (açúcar comum) contém 16 calorias (16 kcal). Qual é a massa de uma colher de chá de sacarose se o número médio de calorias para carboidratos for de 4,1 calorias/g?

Q5.2.21

Qual é a massa máxima de carboidratos em uma porção de 6 onças de refrigerante dietético que contém menos de 1 caloria por lata se o número médio de calorias para carboidratos for 4,1 calorias/g?

S5.2.21

0,24 g

Q5.2.2

Uma caneca de sorvete premium pode conter 1100 calorias. Que massa de gordura, em gramas e libras, deve ser produzida no corpo para armazenar 1,1 × 10 ³ calorias extras se o número médio de calorias para gordura for 9,1 calorias/g?

Q5.2.23

Uma porção de cereal matinal contém 3 g de proteína, 18 g de carboidratos e 6 g de gordura. Qual é o conteúdo calórico de uma porção desse cereal se o número médio de calorias para gordura é 9,1 calorias/g, para carboidratos é 4,1 calorias/g e para proteína é 4,1 calorias/g?

S5.2.23

1,4 × 10 ² calorias

Q5.2.24

Qual é a fonte de energia mais barata em quilojoules por dólar: uma caixa de cereal matinal que pesa 32 onças e custa $4,23, ou um litro de isooctano (densidade, 0,6919 g/mL) que custa $0,45? Compare o valor nutricional do cereal com o calor produzido pela combustão do isooctano em condições padrão. Uma porção de 1,0 onça do cereal fornece 130 calorias.

5.3: Entalpia

Q5.3.1

Explique como o calor medido em [link] difere da mudança de entalpia para a reação exotérmica descrita pela seguinte equação:

\[\ce{HCl}(aq)+\ce{NaOH}(aq)⟶\ce{NaCl}(aq)+\ce{H2O}(l)\]

A mudança de entalpia da reação indicada é para exatamente 1 mol de HCL e 1 mol de NaOH; o calor no exemplo é produzido por 0,0500 mol de HCl e 0,0500 mol de NaOH. Usando os dados na seção Verifique seu aprendizado de [link], calcule ΔH em kJ/mol de AgNO ₃ (aq) para a reação:

\[\ce{NaCl}(aq)+\ce{AgNO3}(aq)⟶\ce{AgCl}(s)+\ce{NaNO3}(aq)\]

Q5.3.2

Calcule a entalpia da solução (ΔH para a dissolução) por mol de NH ₄ NO ₃ nas condições descritas em [link].

S5.3.2

25 kJ mol ⁻¹

Q5.3.3

Calcule ΔH para a reação descrita pela equação.

\(\ce{Ba(OH)2⋅8H2O}(s)+\ce{2NH4SCN}(aq)⟶\ce{Ba(SCN)2}(aq)+\ce{2NH3}(aq)+\ce{10H2O}(l)\)

Q5.3.4

Calcule a entalpia da solução (ΔH para a dissolução) por mol de CaCl ₂.

S5.3.4

81 kJ mol ⁻¹

Q5.3.5

Embora o gás usado em uma tocha de oxiacetileno seja essencialmente acetileno puro, o calor produzido pela combustão de um mol de acetileno em tal tocha provavelmente não é igual à entalpia de combustão do acetileno listada na Tabela. Considerando as condições para as quais os dados tabulados são relatados, sugira uma explicação.

Q5.3.6

Quanto calor é produzido pela queima de 4,00 moles de acetileno em condições de estado padrão?

S5.3.6

5204,4 kJ

Q5.3.7

Quanto calor é produzido pela combustão de 125 g de metanol em condições de estado padrão?

Q5.3.8

Quantos moles de isooctano devem ser queimados para produzir 100 kJ de calor sob condições de estado padrão?

S5.3.8

1,83 × 10 ⁻² mol

Q5.3.9

Que massa de monóxido de carbono deve ser queimada para produzir 175 kJ de calor sob condições de estado padrão?

Q5.3.10

Quando 2,50 g de metano são queimados em oxigênio, 125 kJ de calor são produzidos. Qual é a entalpia da combustão por mol de metano nessas condições?

S5.3.10

802 kJ mol ⁻¹

Q5.3.11

Quanto calor é produzido quando 100 mL de 0,250 M HCl (densidade, 1,00 g/mL) e 200 mL de 0,150 M NaOH (densidade, 1,00 g/mL) são misturados?

\[\ce{HCl}(aq)+\ce{NaOH}(aq)⟶\ce{NaCl}(aq)+\ce{H2O}(l)\hspace{20px}ΔH^\circ_{298}=\mathrm{−58\:kJ}\]

Se as duas soluções estiverem na mesma temperatura e a capacidade térmica dos produtos for de 4,19 J/g °C, quanto a temperatura aumentará? Que suposição você fez em seu cálculo?

Q5.3.12

Uma amostra de 0,562 g de carbono é queimada em oxigênio em um calorímetro de bomba, produzindo dióxido de carbono. Suponha que tanto os reagentes quanto os produtos estejam sob condições de estado padrão e que o calor liberado seja diretamente proporcional à entalpia da combustão do grafite. A temperatura do calorímetro aumenta de 26,74 °C para 27,93 °C. Qual é a capacidade térmica do calorímetro e seu conteúdo?

S5.3.12

15,5 kJ/ºC

Q5.3.13

Antes da introdução dos clorofluorcarbonos, o dióxido de enxofre (entalpia de vaporização, 6,00 kcal/mol) era usado em refrigeradores domésticos. Qual massa de SO ₂ deve ser evaporada para remover tanto calor quanto a evaporação de 1,00 kg de CCl ₂ F ₂ (a entalpia de vaporização é 17,4 kJ/mol)?

As reações de vaporização para SO ₂ e CCl ₂ F ₂ são

\(\ce{SO2}(l)⟶\ce{SO2}(g)\)e\(\ce{CCl2F}(l)⟶\ce{CCl2F2}(g)\), respectivamente.

Q5.3.14

As casas podem ser aquecidas bombeando água quente através de radiadores. Qual massa de água fornecerá a mesma quantidade de calor quando resfriada de 95,0 a 35,0° C, como o calor fornecido quando 100 g de vapor são resfriados de 110° C a 100° C.

S5.3.14

7,43 g

Q5.3.15

Quais das entalpias de combustão na tabela da tabela também são entalpias padrão de formação?

Q5.3.16

A entalpia padrão de formação de H ₂ O (g) difere de ΔH° para a reação\(\ce{2H2}(g)+\ce{O2}(g)⟶\ce{2H2O}(g)\)?

S5.3.16

Não.

Q5.3.17

Joseph Priestly preparou oxigênio em 1774 aquecendo o óxido vermelho de mercúrio (II) com a luz solar focada através de uma lente. Quanto calor é necessário para decompor exatamente 1 mol de HgO (s) vermelho em Hg (l) e O ₂ (g) sob condições padrão?

Q5.3.18

Quantos quilojoules de calor serão liberados quando exatamente 1 mol de manganês, Mn, for queimado para formar Mn ₃ O ₄ (s) em condições de estado padrão?

S5.3.18

459,6 kJ

Q5.3.19

Quantos quilojoules de calor serão liberados quando exatamente 1 mol de ferro, Fe, for queimado para formar Fe ₂ O ₃ (s) em condições de estado padrão?

Q5.3.20

A seguinte sequência de reações ocorre na produção comercial de ácido nítrico aquoso:

\(\ce{4NH3}(g)+\ce{5O2}(g)⟶\ce{4NO}(g)+\ce{6H2O}(l)\hspace{20px}ΔH=\mathrm{−907\:kJ}\)

\(\ce{2NO}(g)+\ce{O2}(g)⟶\ce{2NO2}(g)\hspace{20px}ΔH=\mathrm{−113\:kJ}\)

\(\ce{3NO2}+\ce{H2O}(l)⟶\ce{2HNO2}(aq)+\ce{NO}(g)\hspace{20px}ΔH=\mathrm{−139\:kJ}\)

Determine a mudança total de energia para a produção de um mol de ácido nítrico aquoso por esse processo.

S5.3.20

495 kJ/mol

Q5.3.21

Tanto o grafite quanto o diamante queimam.

\(\ce{C}(s,\:\ce{diamond})+\ce{O2}(g)⟶\ce{CO2}(g)\)

Para a conversão de grafite em diamante:

\(\ce{C}(s,\:\ce{graphite})⟶\ce{C}(s,\:\ce{diamond})\hspace{20px}ΔH^\circ_{298}=\mathrm{1.90\:kJ}\)

O que produz mais calor, a combustão de grafite ou a combustão de diamante?

Q5.3.22

A partir dos calores molares de formação no Apêndice G, determine quanto calor é necessário para evaporar uma mol de água:\(\ce{H2O}(l)⟶\ce{H2O}(g)\)

S5.3.2

44,01 kJ/mol

Q5.3.23

O que produz mais calor?

\(\ce{Os}(s)⟶\ce{2O2}(g)⟶\ce{OsO4}(s)\)

ou

\(\ce{Os}(s)⟶\ce{2O2}(g)⟶\ce{OsO4}(g)\)

para a mudança de fase\(\ce{OsO4}(s)⟶\ce{OsO4}(g)\hspace{20px}ΔH=\mathrm{56.4\:kJ}\)

Q5.3.24

Calcule\(ΔH^\circ_{298}\) para o processo

\(\ce{Sb}(s)+\dfrac{5}{2}\ce{Cl2}(g)⟶\ce{SbCl5}(g)\)

a partir das seguintes informações:

\(\ce{Sb}(s)+\dfrac{3}{2}\ce{Cl2}(g)⟶\ce{SbCl3}(g)\hspace{20px}ΔH^\circ_{298}=\mathrm{−314\:kJ}\)

\(\ce{SbCl3}(s)+\ce{Cl2}(g)⟶\ce{SbCl5}(g)\hspace{20px}ΔH^\circ_{298}=\mathrm{−80\:kJ}\)

S5.3.24

394 kJ

Q5.3.25

Calcule\(ΔH^\circ_{298}\) para o processo\(\ce{Zn}(s)+\ce{S}(s)+\ce{2O2}(g)⟶\ce{ZnSO4}(s)\)

a partir das seguintes informações:

\(\ce{Zn}(s)+\ce{S}(s)⟶\ce{ZnS}(s)\hspace{20px}ΔH^\circ_{298}=\mathrm{−206.0\:kJ}\)

\(\ce{ZnS}(s)+\ce{2O2}(g)⟶\ce{ZnSO4}(s)\hspace{20px}ΔH^\circ_{298}=\mathrm{−776.8\:kJ}\)

Q5.3.26

Calcule ΔH para o processo

\(\ce{Hg2Cl2}(s)⟶\ce{2Hg}(l)+\ce{Cl2}(g)\)

a partir das seguintes informações:

\(\ce{Hg}(l)+\ce{Cl2}(g)⟶\ce{HgCl2}(s)\hspace{20px}ΔH=\mathrm{−224\:kJ}\)

\(\ce{Hg}(l)+\ce{HgCl2}(s)⟶\ce{Hg2Cl2}(s)\hspace{20px}ΔH=\mathrm{−41.2\:kJ}\)

S5.3.26

265 kJ

Q5.3.27

Calcule\(ΔH^\circ_{298}\) para o processo

\(\ce{Co3O4}(s)⟶\ce{3Co}(s)+\ce{2O2}(g)\)

a partir das seguintes informações:

\(\ce{Co}(s)+\dfrac{1}{2}\ce{O2}(g)⟶\ce{CoO}(s)\hspace{20px}ΔH^\circ_{298}=\mathrm{−237.9\:kJ}\)

\(\ce{3Co}(s)+\ce{O2}(g)⟶\ce{Co3O4}(s)\hspace{20px}ΔH^\circ_{298}=\mathrm{−177.5\:kJ}\)

Q5.3.28

Calcule a entalpia molar padrão de formação de NO (g) a partir dos seguintes dados:

\(\ce{N2}(g)+\ce{2O2}⟶\ce{2NO2}(g)\hspace{20px}ΔH^\circ_{298}=\mathrm{66.4\:kJ}\)

\(\ce{2NO}(g)+\ce{O2}⟶\ce{2NO2}(g)\hspace{20px}ΔH^\circ_{298}=\mathrm{−114.1\:kJ}\)

S5.3.28

90,3 mol ⁻¹ de NO

Q5.3.29

Usando os dados do Apêndice G, calcule a variação de entalpia padrão para cada uma das seguintes reações:

1. \(\ce{N2}(g)+\ce{O2}(g)⟶\ce{2NO}(g)\)
2. \(\ce{Si}(s)+\ce{2Cl2}(g)⟶\ce{SiCl4}(g)\)
3. \(\ce{Fe2O3}(s)+\ce{3H2}(g)⟶\ce{2Fe}(s)+\ce{3H2O}(l)\)
4. \(\ce{2LiOH}(s)+\ce{CO2}(g)⟶\ce{Li2CO3}(s)+\ce{H2O}(g)\)

Q5.3.30

Usando os dados do Apêndice G, calcule a variação de entalpia padrão para cada uma das seguintes reações:

1. \(\ce{Si}(s)+\ce{2F2}(g)⟶\ce{SiF4}(g)\)
2. \(\ce{2C}(s)+\ce{2H2}(g)+\ce{O2}(g)⟶\ce{CH3CO2H}(l)\)
3. \(\ce{CH4}(g)+\ce{N2}(g)⟶\ce{HCN}(g)+\ce{NH3}(g)\);
4. \(\ce{CS2}(g)+\ce{3Cl2}(g)⟶\ce{CCl4}(g)+\ce{S2Cl2}(g)\)

S5.3.30

1. −1615,0 kJ mol ⁻¹;
2. −484,3 kJ mol ⁻¹;
3. 164,2 kJ;
4. −23,1 kJ

Q5.3.31

As reações a seguir podem ser usadas para preparar amostras de metais. Determine a mudança de entalpia sob condições de estado padrão para cada um.

1. \(\ce{2Ag2O}(s)⟶\ce{4Ag}(s)+\ce{O2}(g)\)
2. \(\ce{SnO}(s)+\ce{CO}(g)⟶\ce{Sn}(s)+\ce{CO2}(g)\)
3. \(\ce{Cr2O3}(s)+\ce{3H2}(g)⟶\ce{2Cr}(s)+\ce{3H2O}(l)\)
4. \(\ce{2Al}(s)+\ce{Fe2O3}(s)⟶\ce{Al2O3}(s)+\ce{2Fe}(s)\)

Q5.3.32

A decomposição do peróxido de hidrogênio, H ₂ O ₂, tem sido usada para fornecer empuxo nos jatos de controle de vários veículos espaciais. Usando os dados no Apêndice G, determine quanto calor é produzido pela decomposição de exatamente 1 mol de H ₂ O ₂ sob condições padrão.

\(\ce{2H2O2}(l)⟶\ce{2H2O}(g)+\ce{O2}(g)\)

S5.3.32

−54,04 kJ mol ⁻¹

Q5.3.33

Calcule a entalpia da combustão do propano, C ₃ H ₈ (g), para a formação de H ₂ O (g) e CO ₂ (g). A entalpia de formação do propano é −104 kJ/mol.

Q5.3.34

Calcule a entalpia da combustão do butano, C ₄ H ₁₀ (g) para a formação de H ₂ O (g) e CO ₂ (g). A entalpia de formação do butano é −126 kJ/mol.

S5.3.34

260 kJ mol ⁻¹

Q5.3.35

Tanto o propano quanto o butano são usados como combustíveis gasosos. Qual composto produz mais calor por grama quando queimado?

Q5.3.36

O pigmento branco TiO ₂ é preparado pela reação do tetracloreto de titânio, TiCl ₄, com o vapor de água na fase gasosa:

\(\ce{TiCl4}(g)+\ce{2H2O}(g)⟶\ce{TiO2}(s)+\ce{4HCl}(g)\).

Quanto calor é produzido na produção de exatamente 1 mol de TiO ₂ (s) sob condições de estado padrão?

S5.3.36

67,1 kJ

Q5.3.37

O gás aquático, uma mistura de H ₂ e CO, é um importante combustível industrial produzido pela reação do vapor com o coque vermelho quente, essencialmente carbono puro:

\(\ce{C}(s)+\ce{H2O}(g)⟶\ce{CO}(g)+\ce{H2}(g)\).

1. Supondo que o coque tenha a mesma entalpia de formação do grafite, calcule\(ΔH^\circ_{298}\) essa reação.
2. O metanol, um combustível líquido que possivelmente poderia substituir a gasolina, pode ser preparado a partir de gás aquático e hidrogênio adicional em alta temperatura e pressão na presença de um catalisador adequado:\[\ce{2H2}(g)+\ce{CO}(g)⟶\ce{CH3OH}(g).\] Sob as condições da reação, o metanol se forma como um gás. Calcule\(ΔH^\circ_{298}\) para esta reação e para a condensação do metanol gasoso em metanol líquido.
3. Calcule o calor de combustão de 1 mol de metanol líquido em H ₂ O (g) e CO ₂ (g).

Q5.3.38

Nos primeiros dias dos automóveis, a iluminação noturna era fornecida pela queima de acetileno, C ₂ H ₂. Embora não seja mais usado como faróis de automóveis, o acetileno ainda é usado como fonte de luz por alguns exploradores de cavernas. O acetileno é (foi) preparado na lâmpada pela reação da água com o carboneto de cálcio, CaC ₂:

\(\ce{CaC2}(s)+\ce{H2O}(l)⟶\ce{Ca(OH)2}(s)+\ce{C2H2}(g)\).

Calcule a entalpia padrão da reação. O\(ΔH^\circ_\ce{f}\) CaC ₂ é −15,14 kcal/mol.

S5.3.38

12,8 kJ

Q5.3.39

A partir dos dados na Tabela, determine qual dos seguintes combustíveis produz a maior quantidade de calor por grama quando queimado em condições padrão: CO (g), CH ₄ (g) ou C ₂ H ₂ (g).

Q5.3.40

A entalpia da combustão do carvão duro é em média de −35 kJ/g, a da gasolina, 1,28 × 10 ⁵ kJ/gal. Quantos quilos de carvão duro fornecem a mesma quantidade de calor disponível com 1,0 galão de gasolina? Suponha que a densidade da gasolina seja 0,692 g/mL (a mesma que a densidade do isooctano).

S5.3.40

3,7 kg

Q5.3.41

O etanol, C ₂ H ₅ OH, é usado como combustível para veículos automotores, particularmente no Brasil.

1. Escreva a equação balanceada para a combustão de etanol em CO ₂ (g) e H ₂ O (g) e, usando os dados do Apêndice G, calcule a entalpia de combustão de 1 mol de etanol.
2. A densidade do etanol é de 0,7893 g/mL. Calcule a entalpia de combustão de exatamente 1 L de etanol.
3. Supondo que a quilometragem de um automóvel seja diretamente proporcional ao calor da combustão do combustível, calcule a distância esperada de um automóvel com 1 L de gasolina do que com 1 L de etanol. Suponha que a gasolina tenha o calor da combustão e a densidade de n-octano, C ₈ H ₁₈ (\(ΔH^\circ_\ce{f}=\mathrm{−208.4\:kJ/mol}\); densidade = 0,7025 g/mL).

Q5.3.42

Entre as substâncias que reagem com o oxigênio e que foram consideradas como potenciais combustíveis para foguetes estão o diborano [B ₂ H ₆, produz B ₂ O ₃ (s) e H ₂ O (g)], metano [CH ₄, produz CO ₂ ( g) e H ₂ O (g)], e hidrazina [N ₂ H ₄, produz N ₂ (g) e H ₂ O (g)]. Com base no calor liberado por 1,00 g de cada substância em sua reação com o oxigênio, qual desses compostos oferece a melhor possibilidade como combustível de foguete? O\(ΔH^\circ_\ce{f}\) de B ₂ H ₆ (g), CH ₄ (g) e N ₂ H ₄ (l) pode ser encontrado no Apêndice G.

S5.3.42

Supondo que o melhor combustível de foguete seja aquele que emite mais calor, B ₂ H ₆ é o principal candidato.

Q5.3.43

Quanto calor é produzido quando 1,25 g de cromo metálico reage com o gás oxigênio em condições padrão?

O etileno, C _{2 H 2}, um subproduto da destilação fracionada do petróleo, é o quarto entre os 50 compostos químicos produzidos comercialmente nas maiores quantidades. Cerca de 80% do etanol sintético é fabricado a partir do etileno por sua reação com a água na presença de um catalisador adequado.

\(\ce{C2H4}(g)+\ce{H2O}(g)⟶\ce{C2H5OH}(l)\)

Usando os dados da tabela no Apêndice G, calcule ΔH° para a reação.

S5.3.43

8,2 kJ

Q5.3.44

A oxidação da glicose do açúcar, C ₆ H ₁₂ O ₆, é descrita pela seguinte equação:

\(\ce{C6H12O6}(s)+\ce{6O2}(g)⟶\ce{6CO2}(g)+\ce{6H2O}(l)\hspace{20px}ΔH=\mathrm{−2816\:kJ}\)

O metabolismo da glicose fornece os mesmos produtos, embora a glicose reaja com o oxigênio em uma série de etapas no corpo.

1. Quanto calor em quilojoules pode ser produzido pelo metabolismo de 1,0 g de glicose?
2. Quantas calorias podem ser produzidas pelo metabolismo de 1,0 g de glicose?

Q5.3.45

O propano, C ₃ H ₈, é um hidrocarboneto comumente usado como combustível.

1. Escreva uma equação balanceada para a combustão completa do gás propano.
2. Calcule o volume de ar a 25 °C e 1,00 atmosfera que é necessário para queimar completamente 25,0 gramas de propano. Suponha que o ar seja 21,0 por cento de O ₂ em volume. (Dica: veremos como fazer esse cálculo em um capítulo posterior sobre gases — por enquanto, use a informação de que 1,00 L de ar a 25 °C e 1,00 atm contém 0,275 g de O ₂ por litro.)
3. O calor da combustão do propano é −2.219,2 kJ/mol. Calcule o calor\(ΔH^\circ_\ce{f}\) de formação do propano dado o\(ΔH^\circ_\ce{f}\) de H ₂ O (l) = −285,8 kJ/mol e\(ΔH^\circ_\ce{f}\) de CO ₂ (g) = −393,5 kJ/mol.
4. Supondo que todo o calor liberado na queima de 25,0 gramas de propano seja transferido para 4,00 kg de água, calcule o aumento na temperatura da água.

S5.3.45

1. \(\ce{C3H8}(g)+\ce{5O2}(g)⟶\ce{3CO2}(g)+\ce{4H2O}(l)\);
2. 330 L;
3. −104,5 kJ mol ⁻¹;
4. 75,4 °C

Q5.3.46

Durante um recente mês de inverno em Sheboygan, Wisconsin, foi necessário obter 3500 kWh de calor fornecido por um forno a gás natural com 89% de eficiência para manter uma pequena casa aquecida (a eficiência de um forno a gás é a porcentagem do calor produzido pela combustão que é transferido para a casa).

1. Suponha que o gás natural seja metano puro e determine o volume de gás natural em pés cúbicos necessário para aquecer a casa. A temperatura média do gás natural foi de 56° F; nessa temperatura e pressão de 1 atm, o gás natural tem uma densidade de 0,681 g/L.
2. Quantos galões de GLP (gás liquefeito de petróleo) seriam necessários para substituir o gás natural usado? Suponha que o GLP seja propano líquido [C ₃ H ₈: densidade, 0,5318 g/mL; entalpia de combustão, 2219 kJ/mol para a formação de CO ₂ (g) e H ₂ O (l)] e o forno usado para queimar o GLP tenha a mesma eficiência que o forno a gás.
3. Qual massa de dióxido de carbono é produzida pela combustão do metano usado para aquecer a casa?
4. Que massa de água é produzida pela combustão do metano usado para aquecer a casa?
5. Qual volume de ar é necessário para fornecer oxigênio para a combustão do metano usado para aquecer a casa? O ar contém 23% de oxigênio em massa. A densidade média do ar durante o mês foi de 1,22 g/L.
6. Quantos quilowatts-hora (1 kWh = 3,6 × 10 ⁶ J) de eletricidade seriam necessários para fornecer o calor necessário para aquecer a casa? Observe que a eletricidade é 100% eficiente na produção de calor dentro de uma casa.
7. Embora a eletricidade seja 100% eficiente na produção de calor dentro de uma casa, a produção e distribuição de eletricidade não são 100% eficientes. A eficiência da produção e distribuição da eletricidade produzida em uma usina a carvão é de cerca de 40%. Um certo tipo de carvão fornece 2,26 kWh por libra após a combustão. Qual massa desse carvão em quilogramas será necessária para produzir a energia elétrica necessária para aquecer a casa se a eficiência de geração e distribuição for de 40%?