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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 5 (Química) do ITA 2011

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 mol}^{-1} = 9,65 \times 10^4\text{ A s mol}^{-1} = 9,65 \times 10^4\text{ J 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 L K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 8,31\text{ J K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 1,98\text{ cal K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 62,4\text{ mm Hg L K}^{-1}\text{ mol}^{-1}
Constante gravitacional (g) = 9,81\text{ m s}^{-2}

DEFINIÇÕES

Pressão de 1\text{ atm} = 760\text{ mmHg} = 101\,325\text{ N m}^{-2} = 760\text{ Torr}

1\text{ J} = 1\text{ N m} = 1\text{ kg 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} e 1\text{ atm} ; concentração das soluções = 1\text{ mol 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 L}^{-1}.

MASSAS MOLARES

Elemento Químico Número Atômico Massa Molar
(\text{g mol}^{-1})		 Elemento Químico Número Atômico Massa Molar
(\text{g mol}^{-1})
H 1 1,01 Mn 25 54,94
Li 3 6,94 Fe 26 55,85
C 6 12,01 Co 27 58,93
N 7 14,01 Cu 29 63,55
O 8 16,00 Zn 30 65,39
F 9 19,00 As 33 74,92
Ne 10 20,18 Br 35 79,90
Na 11 22,99 Mo 42 95,94
Mg 12 24,30 Sb 51 121,76
Al 13 26,98 I 53 126,90
Si 14 28,08 Ba 56 137,33
S 16 32,07 Pt 78 195,08
Cl 17 35,45 Au 79 196,97
Ca 20 40,08 Hg 80 200,59

Considere a energia liberada em

I. combustão completa (estequiométrica) do octano e em
II. célula de combustível de hidrogênio e oxigênio.

Assinale a opção que apresenta a razão CORRETA entre a quantidade de energia liberada por átomo de hidrogênio na combustão do octano e na célula de combustível.

Dados: Energias de ligação, em \text{kJ}\ \text{mol}^{-1}:
\ce{C - C} 347 \ce{H - H} 436
\ce{C - H} 413 \ce{H - O} 464
\ce{C = O} 803 \ce{O = O} 498
  1. A
    0,280
  2. B
    1,18
  3. C
    2,35
  4. D
    10,5
  5. E
    21,0
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Resolução comentada

Use energias de ligação: \Delta H = \sum (ligações rompidas) -\sum (ligações formadas). Depois divida pela quantidade de átomos de H que há em cada reação.

I. Combustão do octano: \ce{C8H18 + 25/2 O2 -> 8 CO2 + 9 H2O}

Ligações rompidas no \ce{C8H18}: 7 C–C e 18 C–H, ou seja, 7(347)+18(413)=2429+7434=9863 kJ. No \ce{O2}: 12{,}5 \times 498 = 6225 kJ. Total rompido: 16088 kJ.

Ligações formadas: 16 C=O no \ce{CO2}, ou seja, 16\times 803=12848 kJ. Na água, 18 O–H, ou seja, 18\times 464=8352 kJ. Total formado: 21200 kJ.

Energia liberada: 21200-16088=5112 kJ por mol de octano. Como há 18 átomos de H, são 5112/18 = 284 kJ por átomo de H.

II. Célula de combustível: \ce{H2 + 1/2 O2 -> H2O}

Rompidas: 436+0{,}5(498)=685 kJ. Formadas: 2 O–H, ou seja, 2\times464=928 kJ. Liberada: 928-685=243 kJ por mol de \ce{H2}. Como há 2 átomos de H, são 243/2=121{,}5 kJ por átomo de H.

Razão:

\frac{284}{121{,}5}\approx 2{,}34 \approx 2{,}35

Alternativa C.

Pegadinha: A alternativa E engana quem compara a energia por mol de octano com a por mol de H2, esquecendo de dividir pelos átomos de H (18 e 2).

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AÉ aproximadamente a razão inversa (célula/octano, 121,5/284 ≈ 0,43), e mesmo assim o valor não bate; não corresponde à razão pedida.
  • BResulta de erro na contagem de ligações ou de átomos de H, sem dividir corretamente a energia por átomo.
  • DCompara energia por mol de molécula (5112/243 ≈ 21) com ajuste parcial, sem dividir corretamente por átomos de H.
  • ERazão entre as energias por mol de combustível (5112/243 ≈ 21,0), sem dividir pelo número de átomos de H (18 e 2).

Assuntos: Lei de Hess, entalpia de formação e energia de ligação, Combustão e poder calorífico.

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Fonte: ITA 2011 · Química. Prova oficial ↗