Questão 16 (Química) do ITA 2010

Question

Sabe-se que a 25\ ^\circ\text{C} as entalpias de combustão (em \text{kJ}\ \text{mol}^{-1}) de grafita, gás hidrogênio e gás metano são, respectivamente: -393{,}5; -285{,}9 e -890{,}5. Assinale a alternativa que apresenta o valor CORRETO da entalpia da seguinte reação:

\ce{C(grafita) + 2H2(g) -> CH4(g)}

A
-211{,}1\ \text{kJ}\ \text{mol}^{-1}
B
-74{,}8\ \text{kJ}\ \text{mol}^{-1}
C
74{,}8\ \text{kJ}\ \text{mol}^{-1}
D
136{,}3\ \text{kJ}\ \text{mol}^{-1}
E
211{,}1\ \text{kJ}\ \text{mol}^{-1}

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 16 (Química) do ITA 2010

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

Texto-base das questões 01 a 20 · Química

Constante de Avogadro = 6{,}02 \times 10^{23}\ \text{mol}^{-1}
Constante de Faraday (F) = 9{,}65 \times 10^4\ \text{C}\ \text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{A}\ \text{s}\ \text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{J}\ \text{V}^{-1}\ \text{mol}^{-1}
Volume molar de gás ideal = 22{,}4\ \text{L} (CNTP)
Carga elementar = 1{,}602 \times 10^{-19}\ \text{C}
Constante dos gases (R) = 8{,}21 \times 10^{-2}\ \text{atm}\ \text{L}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1} = 8{,}31\ \text{J}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1} = 62{,}4\ \text{mmHg}\ \text{L}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1} = 1{,}98\ \text{cal}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1}
Constante gravitacional (g) = 9{,}81\ \text{m}\ \text{s}^{-2}

DEFINIÇÕES

Pressão de 1\ \text{atm} = 760\ \text{mmHg} = 101\ 325\ \text{N}\ \text{m}^{-2} = 760\ \text{Torr}
1\text{J} = 1\ \text{N}\ \text{m} = 1\ \text{kg}\ \text{m}^2\ \text{s}^{-2}
Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0\ ^\circ\text{C} e 760\ \text{mmHg}
Condições ambientes: 25\ ^\circ\text{C} e 1\ \text{atm}.
Condições-padrão: 25\ ^\circ\text{C}, 1\ \text{atm}, 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. (CM) = circuito metálico. (conc) = concentrado.
(ua) = unidades arbitrárias. [A] = concentração da espécie química A em \text{mol}\ \text{L}^{-1}.

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	Cr	24	52,00
B	5	10,81	Fe	26	55,85
C	6	12,01	Ni	28	58,69
N	7	14,01	Cu	29	63,55
O	8	16,00	Zn	30	65,40
Na	11	22,99	Sr	38	87,62
P	15	30,97	Ag	47	107,87
S	16	32,07	I	53	126,90
Cl	17	35,45	W	74	183,84
Ar	18	39,95	Pt	78	195,08
K	19	39,10	Au	79	196,97
Ca	20	40,08	Pb	82	207,2

Sabe-se que a 25\ ^\circ\text{C} as entalpias de combustão (em \text{kJ}\ \text{mol}^{-1}) de grafita, gás hidrogênio e gás metano são, respectivamente: -393{,}5; -285{,}9 e -890{,}5. Assinale a alternativa que apresenta o valor CORRETO da entalpia da seguinte reação:

\ce{C(grafita) + 2H2(g) -> CH4(g)}

A
-211{,}1\ \text{kJ}\ \text{mol}^{-1}
B
-74{,}8\ \text{kJ}\ \text{mol}^{-1}
C
74{,}8\ \text{kJ}\ \text{mol}^{-1}
D
136{,}3\ \text{kJ}\ \text{mol}^{-1}
E
211{,}1\ \text{kJ}\ \text{mol}^{-1}

Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.

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Resolução comentada

Use a lei de Hess: a entalpia de uma reação global é a soma das entalpias das etapas em que ela pode ser desmembrada. Invertendo uma etapa, o sinal de \Delta H muda; multiplicando por um número, \Delta H é multiplicado por ele.

Equações de combustão dadas:

\ce{C(grafita) + O2(g) -> CO2(g)}, \Delta H_1 = -393{,}5
\ce{H2(g) + 1/2 O2(g) -> H2O(\ell)}, \Delta H_2 = -285{,}9
\ce{CH4(g) + 2O2(g) -> CO2(g) + 2H2O(\ell)}, \Delta H_3 = -890{,}5

Queremos \ce{C + 2H2 -> CH4}. Então:

mantemos a equação 1, pois a grafita é reagente: -393{,}5;
multiplicamos a equação 2 por 2, pois há 2\ \ce{H2} nos reagentes: 2\times(-285{,}9) = -571{,}8;
invertemos a equação 3, pois o \ce{CH4} deve ficar nos produtos: +890{,}5.

Somando as três, \ce{CO2}, \ce{H2O} e \ce{O2} se cancelam e sobra a reação desejada.

\Delta H = -393{,}5 - 571{,}8 + 890{,}5 = -74{,}8\ \text{kJ}\ \text{mol}^{-1}

O valor é negativo: a formação do metano é exotérmica.

Alternativa B.

Pegadinha: A alternativa A (e E) engana quem esquece de multiplicar a combustão do H2 por 2; a C engana quem erra o sinal ao inverter a equação do metano.

Por que as outras alternativas estão erradas

ANão multiplica a combustão do H2 por 2 (−393,5 − 285,9 + 890,5 = 211,1) e erra o sinal do resultado.
CValor numérico correto, mas com sinal trocado; a formação do metano é exotérmica.
DValor sem base na combinação correta das equações de Hess.
ESoma 890,5 sem multiplicar o H2 por 2 e fica com o sinal positivo, o que não corresponde à reação.

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

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Questão 16 no caderno Química do ITA 2010

Fonte: ITA 2010 · Química. Prova oficial ↗