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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 1 (Química) da 2ª fase do IME 2020

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

Texto-base das questões 01 a 10 · Química

CADERNO DE QUESTÕES

2019 / 2020

Folha de dados

Informações de Tabela Periódica:

Elemento H C N O F Mg Al Cl K Ca Fe Cu
Massa atômica (u) 1,00 12,0 14,0 16,0 19,0 24,0 27,0 35,5 39,0 40,0 56,0 63,5
Número atômico 1 6 7 8 9 12 13 17 19 20 26 29

Constantes:
Constante de Faraday: 1\text{ F} = 96500\text{ C}\cdot\text{mol}^{-1}
Número de Avogadro: 6{,}02 \times 10^{23}
Constante Universal dos Gases = 0{,}082\text{ atm}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 62{,}3\text{ mmHg}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 8{,}314\text{ J}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}
\ln 2 = 0{,}693 \qquad \ln 3 = 1{,}1 \qquad \text{e} = 2{,}72

Equação de Nernst: E = E^o - \dfrac{0{,}059}{n}\log Q

Conversão: \text{T(K)} = \text{t}(^\circ\text{C}) + 273

Calcule a variação de entalpia (em J) no processo de decomposição de 600 mg de nitroglicerina (\ce{C3H5N3O9}) que produz nitrogênio, dióxido de carbono e oxigênio gasosos, além de água líquida.

Dados:
\Delta\text{H}^0_\text{f}\ (\ce{C3H5N3O9}(\ell)) = - 354\ \text{kJ/mol};
\Delta\text{H}^0_\text{f}\ (\ce{H2O}(\ell)) = - 286\ \text{kJ/mol};
\Delta\text{H}^0_\text{f}\ (\ce{CO2}(\text{g})) = - 394\ \text{kJ/mol}.

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Resolução comentada

a)

Primeiro, escreva a equação balanceada. Na decomposição da nitroglicerina, os produtos são \ce{N2}, \ce{CO2}, \ce{O2} (gases) e \ce{H2O} (líquida):

4\ \ce{C3H5N3O9}(\ell) \rightarrow 6\ \ce{N2}(g) + 12\ \ce{CO2}(g) + \ce{O2}(g) + 10\ \ce{H2O}(\ell)

As entalpias de formação de \ce{N2} e \ce{O2} são nulas, pois são substâncias simples no estado padrão.

  1. Variação de entalpia da equação (4 mol de nitroglicerina):

    \Delta H = \sum \Delta H_f(\text{produtos}) - \sum \Delta H_f(\text{reagentes})

    \Delta H = [12(-394) + 10(-286)] - [4(-354)] = -4728 - 2860 + 1416 = -6172\ \text{kJ}

  2. Por mol de nitroglicerina:

    \Delta H = \frac{-6172}{4} = -1543\ \text{kJ/mol}

  3. Massa molar de \ce{C3H5N3O9}: 3(12) + 5(1) + 3(14) + 9(16) = 227\ \text{g/mol}.

  4. Quantidade de matéria em 600 mg:

    n = \frac{0{,}600}{227} \approx 2{,}64\times10^{-3}\ \text{mol}

  5. Entalpia do processo:

    \Delta H = -1543 \times 2{,}64\times10^{-3} \approx -4{,}08\ \text{kJ}

O sinal negativo indica processo exotérmico. Em joules:

\Delta H \approx -4{,}08\times10^{3}\ \text{J} (cerca de -4080\ \text{J})

Assuntos: Lei de Hess, entalpia de formação e energia de ligação, Cálculo estequiométrico.

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Fonte: IME 2ª fase 2020 · Química. Prova oficial ↗