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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 77 (1º exame) da FUVEST 2002

1º exame · Química: Lei de Hess, entalpia de formação e energia de ligação

Buscando processos que permitam o desenvolvimento sustentável, cientistas imaginaram um procedimento no qual a energia solar seria utilizada para formar substâncias que, ao reagirem, liberariam energia:

Esquema de processo com energia solar: o refletor parabólico A concentra luz solar no reator endotérmico B, conectado aos reservatórios D e E, que alimentam o reator exotérmico C. Legenda na parte inferior: A = refletor parabólico, B = reator endotérmico, C = reator exotérmico, D e E = reservatórios.

Considere as seguintes reações

I) \ce{2H2 + 2CO -> CH4 + CO2}

II) \ce{CH4 + CO2 -> 2H2 + 2CO}

e as energias médias de ligação:

\begin{array}{lr} \ce{H-H} & 4{,}4 \times 10^2\ \text{kJ/mol} \\ \ce{C \equiv O}\ (\ce{CO}) & 10{,}8 \times 10^2\ \text{kJ/mol} \\ \ce{C=O}\ (\ce{CO2}) & 8{,}0 \times 10^2\ \text{kJ/mol} \\ \ce{C-H} & 4{,}2 \times 10^2\ \text{kJ/mol} \end{array}

A associação correta que ilustra tal processo é

  1. A
    Reação que ocorre em B: I; Conteúdo de D: \ce{CH4 + CO2}; Conteúdo de E: \ce{CO}
  2. B
    Reação que ocorre em B: II; Conteúdo de D: \ce{CH4 + CO2}; Conteúdo de E: \ce{H2 + CO}
  3. C
    Reação que ocorre em B: I; Conteúdo de D: \ce{H2 + CO}; Conteúdo de E: \ce{CH4 + CO2}
  4. D
    Reação que ocorre em B: II; Conteúdo de D: \ce{H2 + CO}; Conteúdo de E: \ce{CH4 + CO2}
  5. E
    Reação que ocorre em B: I; Conteúdo de D: \ce{CH4}; Conteúdo de E: \ce{CO}
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Resolução comentada

Primeiro descubra qual reação absorve energia, usando as energias de ligação: quebrar ligações gasta energia e formar ligações libera energia.

Reação II: \ce{CH4 + CO2 -> 2H2 + 2CO}

  1. Ligações quebradas: 4 C-H no \ce{CH4} e 2 C=O no \ce{CO2}: 4(4{,}2\times10^2) + 2(8{,}0\times10^2) = 16{,}8\times10^2 + 16{,}0\times10^2 = 32{,}8\times10^2\ \text{kJ}.
  2. Ligações formadas: 2 H-H e 2 C≡O: 2(4{,}4\times10^2) + 2(10{,}8\times10^2) = 8{,}8\times10^2 + 21{,}6\times10^2 = 30{,}4\times10^2\ \text{kJ}.
  3. \Delta H = 32{,}8\times10^2 - 30{,}4\times10^2 = +2{,}4\times10^2\ \text{kJ}.

Como \Delta H>0, a reação II é endotérmica e a reação I (inversa) é exotérmica, com \Delta H = -2{,}4\times10^2\ \text{kJ}.

No esquema, a energia solar chega ao reator endotérmico B, então em B ocorre a reação II. Ela consome \ce{CH4 + CO2}, que vêm do reservatório D (seta de D para B), e produz \ce{H2 + CO}, que vão para o reservatório E (seta de B para E). De E, esses gases seguem para C, onde reagem (reação I) e liberam energia. O produto \ce{CH4 + CO2} de C volta para D, fechando o ciclo.

Portanto: B = reação II; D = \ce{CH4 + CO2}; E = \ce{H2 + CO}.

Alternativa B.

Pegadinha: A alternativa D engana: acerta a reação II em B, mas troca os reservatórios, e é preciso seguir o sentido das setas do esquema.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AColoca a reação I (exotérmica) em B e põe só CO em E, sem o H2.
  • CPõe a reação exotérmica I em B, que é o reator endotérmico.
  • DAcerta a reação II em B, mas inverte D e E: B consome CH4 + CO2 e produz H2 + CO.
  • EPõe a reação exotérmica I em B e usa reservatórios com substâncias isoladas, incoerentes com as reações.

Assunto: Lei de Hess, entalpia de formação e energia de ligação.

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Ver como caiu na prova Questão 77 no caderno V da FUVEST 2002

Fonte: FUVEST 2002 · 1º exame. Prova oficial ↗