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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 8 (Química) da 2ª fase do ITA 2025

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

Texto-base das questões 01 a 10 · Química

Constantes

Constante de Avogadro (\text{N}_\text{A}) = 6{,}02 \times 10^{23}\ \text{mol}^{-1}

Constante de Faraday (F) = 9{,}65 \times 10^4\ \text{C}\cdot\text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{A}\cdot\text{s}\cdot\text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{J}\cdot\text{V}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}

Carga elementar = 1{,}60 \times 10^{-19}\ \text{C}

Constante dos gases (R) = 8{,}21 \times 10^{-2}\ \text{atm}\ \text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 8{,}31\ \text{J}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 1{,}98\ \text{cal}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}

Constante de Planck (h) = 6{,}63 \times 10^{-34}\ \text{J}\cdot\text{s}

Velocidade da luz no vácuo = 3{,}0 \times 10^8\ \text{m}\cdot\text{s}^{-1}

Número de Euler (e) = 2{,}72

Definições

Pressão: 1\ \text{atm} = 760\ \text{Torr} = 1{,}01325 \times 10^5\ \text{N}\cdot\text{m}^{-2} = 1{,}01325\ \text{bar}

Energia: 1\ \text{J} = 1\ \text{N}\ \text{m} = 1\ \text{kg}\ \text{m}^2\ \text{s}^{-2} = 6{,}24 \times 10^{18}\ \text{eV}

Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0\ ^\circ\text{C} e 1\ \text{atm}, equivalente a um volume de um gás ideal de 22{,}4\ \text{L}.

Condições ambiente: 25\ ^\circ\text{C} e 1\ \text{atm}

Condições padrão: 1\ \text{bar}; concentração das soluções = 1\ \text{mol}\ \text{L}^{-1} (rigorosamente: atividade unitária das espécies); sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão.

(s) = sólido. (\ell) = líquido. (g) = gás. (aq) = aquoso. (conc) = concentrado. (ua) = unidades arbitrárias. u.m.a. = unidade de massa atômica. [X] = concentração da espécie química X em \text{mol}\ \text{L}^{-1}

\ln \text{X} = 2{,}3 \log \text{X}

\log 2 = 0{,}301

\ln 2 = 0{,}693. \ln 3 = 1{,}099. \ln 5 = 1{,}609

Massas Molares

Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g}\ \text{mol}^{-1}) Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g}\ \text{mol}^{-1})
H 1 1,01 K 19 39,10
B 5 10,81 Cr 24 52,00
C 6 12,01 Fe 26 55,85
N 7 14,01 Nb 41 92,91
O 8 16,00 Ag 47 107,87
Na 11 22,99 Pt 78 195,08
S 16 32,06 Hg 80 200,59
\text{C}\ell 17 35,45 Bi 83 208,98

Considere as seguintes equações termoquímicas, envolvendo substâncias hipotéticas e suas respectivas variações de entalpia, em \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}, a 25\ ^\circ\text{C}:

\begin{array}{lll} \text{I.} & \text{A + B} \rightarrow \text{C + D} & \Delta\text{H} = + 150 \\ \text{II.} & \text{C + F} \rightarrow \text{G} & \Delta\text{H} = - 200 \\ \text{III.} & \text{2G + 3H} \rightarrow \text{2 I} & \Delta\text{H} = + 90 \\ \text{IV.} & 3/2\text{ J + Y} \rightarrow \text{D} + 1/2\text{ F} & \Delta\text{H} = + 190 \\ \text{V.} & \text{B + T} \rightarrow \text{Y} & \Delta\text{H} = - 155 \\ \text{VI.} & \text{J} \rightarrow \text{H + F} & \Delta\text{H} = - 40 \end{array}

a) Apresente todas as equações termoquímicas balanceadas utilizadas para obter o valor numérico do calor de formação do composto A, formado por meio da reação representada pela seguinte equação química:

I + T \rightarrow A.

b) Calcule o valor numérico do calor de formação (\Delta\text{H}) do composto A.

c) Dado que o valor da variação da energia de Gibbs da reação I + T \rightarrow A é 994{,}45\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}, calcule o valor numérico da variação da entropia em \text{kJ}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}.

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Resolução comentada

a) A reação-alvo é \text{I + T} \rightarrow \text{A}. Para obtê-la, aplico a lei de Hess: manipulo as equações dadas de modo que as espécies intermediárias se cancelem.

  1. \text{I} \rightarrow \text{G} + 3/2\,\text{H}, \Delta H = -45\ \text{kJ} (inverso de III, dividido por 2)
  2. \text{G} \rightarrow \text{C} + \text{F}, \Delta H = +200\ \text{kJ} (inverso de II)
  3. 3/2\,\text{H} + 3/2\,\text{F} \rightarrow 3/2\,\text{J}, \Delta H = +60\ \text{kJ} (inverso de VI, multiplicado por 3/2)
  4. 3/2\,\text{J} + \text{Y} \rightarrow \text{D} + 1/2\,\text{F}, \Delta H = +190\ \text{kJ} (IV como está)
  5. \text{C} + \text{D} \rightarrow \text{A} + \text{B}, \Delta H = -150\ \text{kJ} (inverso de I)
  6. \text{B} + \text{T} \rightarrow \text{Y}, \Delta H = -155\ \text{kJ} (V como está)

Ao somar, cancelam-se G, H, J, Y, C, D, B e F (os 3/2\,\text{F} à esquerda e \text{F} + 1/2\,\text{F} à direita). Sobra \text{I + T} \rightarrow \text{A}.

Equações usadas: III (invertida, ÷2), II (invertida), VI (invertida, ×3/2), IV, I (invertida) e V.

b) Somando as entalpias das seis etapas:

\Delta H = -45 + 200 + 60 + 190 - 150 - 155 = +100\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}

\Delta H = +100\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}

c) Uso \Delta G = \Delta H - T\Delta S, com T = 25\ ^\circ\text{C} = 298{,}15\ \text{K}:

994{,}45 = 100 - 298{,}15\,\Delta S
\Delta S = \frac{100 - 994{,}45}{298{,}15} = \frac{-894{,}45}{298{,}15} = -3{,}00\ \text{kJ}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}

\Delta S = -3{,}00\ \text{kJ}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}

Assuntos: Lei de Hess, entalpia de formação e energia de ligação, Entropia e energia livre de Gibbs.

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Fonte: ITA 2ª fase 2025 · Química. Prova oficial ↗