PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 89 da UNICAMP 2015

1ª fase · Química: Lei de Hess, entalpia de formação e energia de ligação

Um artigo científico recente relata um processo de produção de gás hidrogênio e dióxido de carbono a partir de metanol e água. Uma vantagem dessa descoberta é que o hidrogênio poderia assim ser gerado em um carro e ali consumido na queima com oxigênio. Dois possíveis processos de uso do metanol como combustível num carro – combustão direta ou geração e queima do hidrogênio – podem ser equacionados conforme o esquema abaixo:

\ce{CH3OH(g) + 3/2 O2(g) -> CO2(g) + 2 H2O(g)} combustão direta
\ce{CH3OH(g) + H2O(g) -> CO2(g) + 3 H2(g)}
\ce{H2(g) + 1/2 O2(g) -> H2O(g)}		 geração e queima de
hidrogênio

De acordo com essas equações, o processo de geração e queima de hidrogênio apresentaria uma variação de energia

  1. A
    diferente do que ocorre na combustão direta do metanol, já que as equações globais desses dois processos são diferentes.
  2. B
    igual à da combustão direta do metanol, apesar de as equações químicas globais desses dois processos serem diferentes.
  3. C
    diferente do que ocorre na combustão direta do metanol, mesmo considerando que as equações químicas globais desses dois processos sejam iguais.
  4. D
    igual à da combustão direta do metanol, já que as equações químicas globais desses dois processos são iguais.
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Resolução comentada

Pela lei de Hess, a variação de entalpia de um processo depende apenas dos estados inicial e final, e não do caminho. Por isso, para comparar os dois processos, basta somar as etapas de cada um e ver se a equação global é a mesma.

Processo de geração e queima de hidrogênio:

  1. Geração: \ce{CH3OH(g) + H2O(g) -> CO2(g) + 3 H2(g)}
  2. Queima: o hidrogênio produz 3 mol, então a equação da queima deve ser multiplicada por 3: \ce{3 H2(g) + 3/2 O2(g) -> 3 H2O(g)}
  3. Soma das duas:
\ce{CH3OH(g) + H2O(g) + 3 H2(g) + 3/2 O2(g) -> CO2(g) + 3 H2(g) + 3 H2O(g)}
  1. Cancelando 3\ \ce{H2} nos dois lados e 1\ \ce{H2O} (de 3 nos produtos, sobram 2):
\ce{CH3OH(g) + 3/2 O2(g) -> CO2(g) + 2 H2O(g)}

Essa é exatamente a equação da combustão direta. Como as equações globais são iguais, com os mesmos reagentes e produtos nos mesmos estados físicos, a variação de energia (entalpia) é a mesma: \Delta H_{\text{direta}} = \Delta H_{\text{geração}} + 3\,\Delta H_{\text{queima H}_2}.

As equações parecem diferentes só porque o segundo processo é escrito em etapas. Isso não altera a energia total.

Alternativa D.

Pegadinha: A alternativa B engana quem olha só as equações separadas, sem multiplicar a queima do H2 por 3 e somar, e conclui que os processos são diferentes.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • ADiz que as equações globais são diferentes, mas somadas as etapas resultam na mesma equação da combustão direta.
  • BAcerta que a energia é igual, mas erra ao afirmar que as equações globais são diferentes.
  • CContradiz a lei de Hess: equações globais iguais implicam mesma variação de energia.

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

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Ver como caiu na prova Questão 89 no caderno Q da UNICAMP 2015

Fonte: Comvest/Vestibular Unicamp 2015. Prova oficial ↗