Questão 15 (1º semestre · 1º dia · Grupo 1) da 2ª etapa da UFG 2014

Question

A variação de entalpia (\Delta\text{H}) é uma grandeza relacionada à variação de energia que depende apenas dos estados inicial e final de uma reação. Analise as seguintes equações químicas:

i) \ce{C3H8(g) + 5 O2(g) -> 3 CO2(g) + 4 H2O(l)} \quad \Delta\text{H}^\circ = -2.220\text{ kJ}
ii) \ce{C(grafite) + O2(g) -> CO2(g)} \quad \Delta\text{H}^\circ = -394\text{ kJ}
iii) \ce{H2(g) + 1/2 O2(g) -> H2O(l)} \quad \Delta\text{H}^\circ = -286\text{ kJ}

Ante o exposto,
determine a equação global de formação do gás propano e calcule o valor da variação de entalpia do processo. (5,0 pontos)

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 15 (1º semestre · 1º dia · Grupo 1) da 2ª etapa da UFG 2014

1º semestre · 1º dia · Química: Lei de Hess, entalpia de formação e energia de ligação

A variação de entalpia (\Delta\text{H}) é uma grandeza relacionada à variação de energia que depende apenas dos estados inicial e final de uma reação. Analise as seguintes equações químicas:

i) \ce{C3H8(g) + 5 O2(g) -> 3 CO2(g) + 4 H2O(l)} \quad \Delta\text{H}^\circ = -2.220\text{ kJ}
ii) \ce{C(grafite) + O2(g) -> CO2(g)} \quad \Delta\text{H}^\circ = -394\text{ kJ}
iii) \ce{H2(g) + 1/2 O2(g) -> H2O(l)} \quad \Delta\text{H}^\circ = -286\text{ kJ}

Ante o exposto,
determine a equação global de formação do gás propano e calcule o valor da variação de entalpia do processo. (5,0 pontos)

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Resolução comentada

Resposta esperada pela UFG

a) Para se obter a equação balanceada de síntese do gás propano e calcular a variação de entalpia do processo, deve-se lembrar que a entalpia é uma grandeza extensiva, ou seja, varia conforme o número de mols da reação. Portanto, deve-se modificar cada equação de combustão conforme a seguir

i) \ce{C3H8(g) + 5 O2(g) -> 3 CO2(g) + 4 H2O(l)} \qquad \Delta\text{H}^\circ = -2.220\text{ kJ}
(inverter a equação e o sinal de \Delta\text{H}^\circ)
\ce{3 CO2(g) + 4 H2O(l) -> C3H8(g) + 5 O2(g)} \qquad \Delta\text{H}^\circ = +2.220\text{ kJ}

ii) \ce{C(grafite) + O2(g) -> CO2(g)} \qquad \Delta\text{H}^\circ = -394\text{ kJ}
(manter a equação e multiplicar por 3)
\ce{3 C(grafite) + 3 O2(g) -> 3 CO2(g)} \qquad \Delta\text{H}^\circ = 3 \times (-394\text{ kJ}) = -1.182\text{ kJ}

iii) \ce{H2(g) + 1/2 O2(g) -> H2O(l)} \qquad \Delta\text{H}^\circ = -286\text{ kJ}
(manter a equação e multiplicar por 4)
\ce{4 H2(g) + 2 O2(g) -> 4 H2O(l)} \qquad \Delta\text{H}^\circ = 4 \times (-286\text{ kJ}) = -1.144\text{ kJ}

b) Somando-se as novas equações e seus respectivos valores de \Delta\text{H}:

\ce{3 CO2(g) + 4 H2O(l) -> C3H8(g) + 5 O2(g)} \qquad \Delta\text{H}^\circ = +2.220\text{ kJ}
\ce{3 C(grafite) + 3 O2(g) -> 3 CO2(g)} \qquad \Delta\text{H}^\circ = -1.182\text{ kJ}
\ce{4 H2(g) + 2 O2(g) -> 4 H2O(l)} \qquad \Delta\text{H}^\circ = -1.144\text{ kJ}

\ce{3 C(grafite) + 4 H2(g) -> C3H8(g)} \qquad \Delta\text{H}^\circ = -106\text{ kJ}

Equação balanceada: (3,0 pontos)

Valor de \Delta\text{H}: (2,0 pontos)

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Resolução comentada

a) A equação de formação do propano parte das substâncias simples, no estado mais estável, e produz 1 mol de \ce{C3H8(g)}:

\ce{3 C(grafite) + 4 H2(g) -> C3H8(g)}

Pela lei de Hess, combino as equações dadas para chegar a essa. Os passos são:

Multiplico (ii) por 3, para obter os 3 C: \ce{3 C + 3 O2 -> 3 CO2}, com \Delta H = 3(-394) = -1.182\ \text{kJ}.
Multiplico (iii) por 4, para obter os 4 \ce{H2}: \ce{4 H2 + 2 O2 -> 4 H2O(l)}, com \Delta H = 4(-286) = -1.144\ \text{kJ}.
Inverto (i), para o propano aparecer como produto: \ce{3 CO2 + 4 H2O(l) -> C3H8 + 5 O2}, com \Delta H = +2.220\ \text{kJ}.

Somando as três, \ce{3 CO2}, \ce{4 H2O} e \ce{3 O2 + 2 O2 = 5 O2} se cancelam dos dois lados, e sobra a equação de formação.

A variação de entalpia é a soma dos três valores:

\Delta H = -1.182 - 1.144 + 2.220 = -106\ \text{kJ}

O processo é exotérmico. A equação global é \ce{3 C(grafite) + 4 H2(g) -> C3H8(g)}, com \Delta H^\circ = -106\ \text{kJ} por mol de propano formado.

\ce{3 C(grafite) + 4 H2(g) -> C3H8(g)}; \Delta H^\circ = -106\ \text{kJ}

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

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Questão 15 no caderno Grupo 1 da 2ª etapa da UFG 2014

Fonte: UFG 2ª etapa 2014 · 1º semestre · 1º dia · Grupo 1. Prova oficial ↗