Questão 19 (Química) do ITA 2010

Question

Considere duas reações químicas, mantidas à temperatura e pressão ambientes, descritas pelas equações abaixo:

I. \ce{H2(g) + 1/2 O2(g) -> H2O(g)}

II. \ce{H2(g) + 1/2 O2(g) -> H2O(\ell)}

Assinale a opção que apresenta a afirmação ERRADA sobre estas reações.

A
As reações I e II são exotérmicas.
B
Na reação I, o valor, em módulo, da variação de entalpia é menor que o da variação de energia interna.
C
O valor, em módulo, da variação de energia interna da reação I é menor que o da reação II.
D
O valor, em módulo, da variação de entalpia da reação I é menor que o da reação II.
E
A capacidade calorífica do produto da reação I é menor que a do produto da reação II.

Answer 1

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Questão 19 (Química) do ITA 2010

Química · Química: Reações exotérmicas e endotérmicas

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

Considere duas reações químicas, mantidas à temperatura e pressão ambientes, descritas pelas equações abaixo:

I. \ce{H2(g) + 1/2 O2(g) -> H2O(g)}

II. \ce{H2(g) + 1/2 O2(g) -> H2O(\ell)}

Assinale a opção que apresenta a afirmação ERRADA sobre estas reações.

A
As reações I e II são exotérmicas.
B
Na reação I, o valor, em módulo, da variação de entalpia é menor que o da variação de energia interna.
C
O valor, em módulo, da variação de energia interna da reação I é menor que o da reação II.
D
O valor, em módulo, da variação de entalpia da reação I é menor que o da reação II.
E
A capacidade calorífica do produto da reação I é menor que a do produto da reação II.

Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.

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Resolução comentada

Combustão do hidrogênio é exotérmica, então \Delta H<0 nas duas reações. Para comparar as grandezas, use \Delta H = \Delta U + \Delta n_{gás}RT.

Reação I: \Delta n_{gás} = 1 - (1 + 1/2) = -1/2. Logo \Delta H = \Delta U - \tfrac12 RT, ou seja, \Delta H é mais negativo que \Delta U. Em módulo, |\Delta H| > |\Delta U|.
Por isso a afirmação B, que diz |\Delta H| < |\Delta U|, está errada.
Conferindo as demais:

Reação II: formar \ce{H2O(\ell)} libera mais calor que formar \ce{H2O(g)}, pois a condensação é exotérmica. Assim |\Delta H_{II}| > |\Delta H_I| (afirmação D correta).
Na reação II, \Delta n_{gás} = -3/2, então \Delta U_{II} = \Delta H_{II} + \tfrac32 RT. O termo \tfrac32 RT reduz o módulo, mas só cerca de 3,7 kJ, enquanto a diferença entre \Delta H_{II} e \Delta H_I é cerca de 44 kJ. Portanto |\Delta U_{II}| > |\Delta U_I| (afirmação C correta).
A água líquida tem capacidade calorífica maior que o vapor (afirmação E correta).

A afirmação errada é a B.

Alternativa B.

Pegadinha: A alternativa B engana quem esquece o sinal de Δn do gás (−1/2) e conclui que |ΔH| seria menor que |ΔU|.

Por que as outras alternativas estão erradas

AVerdadeira: a formação de água a partir de H2 e O2 libera calor nas duas reações.
CVerdadeira: |ΔU| da reação II é maior, pois a condensação libera cerca de 44 kJ a mais, bem acima da correção de RT.
DVerdadeira: formar água líquida libera mais calor que formar vapor, por causa da condensação exotérmica.
EVerdadeira: a água líquida tem capacidade calorífica maior que o vapor de água.

Assunto: Reações exotérmicas e endotérmicas.

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Questão 19 no caderno Química do ITA 2010

Fonte: ITA 2010 · Química. Prova oficial ↗