Ficha nº1

 

Energia de ligação e reações químicas

1. O hidrogénio, H2, é utilizado como combustível de foguetes espaciais. A combustão deste gás origina vapor de água.

2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (g);  ∆H = - 484 kJ

    Qual é a variação de entalpia por cada grama de hidrogénio consumido?

2. Considere a reação de combustão do pentano, C5H12, traduzida pela seguinte equação:

C5H12 (g) + 8 O2 (g) → 5 CO2 (g) + 6 H2O (g)  ∆H = - 3288 KJ

2.1. Indique se se trata de um processo endo ou exoenergético.

2.2. Na tabela seguinte pretende-se evidenciar as ligações envolvidas na reação de combustão do pentano.

2.2.1. Complete na tabela a linha referente ao número de ligações.

2.2.2. Calcule a energia envolvida na rutura de ligações nos reagentes.

2.2.3. Atendendo ao balanço energético, qual será o valor da energia libertada na formação das ligações estabelecidas nos produtos da reação?

2.2.4. Calcule a energia de ligação C=O na molécula de dióxido de carbono, representada na tabela por X.

2.3. Justifique o facto de, quando em sistema isolado, se verificar um aumento da temperatura do sistema.

3. O hidrogénio, além de ser fundamental no processo de Haber para a produção de amoníaco, é muitas vezes apontado como um potencial combustível em alternativa aos combustíveis fósseis.

Assim, existem diversos trabalhos que visam encontrar um mecanismo seguro e economicamente viável para a sua produção em larga escala. No entanto, atualmente, um dos processos muito utilizado na produção de hidrogénio tem por base a utilização de constituintes do gás natural, como o metano, com vapor de água, podendo este processo representar-se genericamente por:

CH4 (g) + H2O (g) → CO (g) + 3 H2 (g) ∆H = 202 kJ

3.1. Classifique a reação sob o ponto de vista energético.

3.2. Qual dos gráficos que se segue pode representar a entalpia dos reagentes e dos produtos referentes ao processo de produção de hidrogénio apresentado?

3.3. Selecione a opção que completa corretamente a afirmação seguinte.

Na produção do hidrogénio quebram-se _____ ligações químicas nas moléculas de reagentes e formam-se _____ novas ligações químicas nas moléculas dos produtos da reação.

(A) duas ... quatro

(B) quatro ... duas

(C) seis ... quatro

(D) quatro ... seis

3.4. Com base no valor da variação da entalpia da reação e nos seguintes valores de energias de ligação, D(C-H) = 414 kJ mol-1 , D(O-H) = 463 kJ mol-1 e D(c≡o) = 1072 kJ mol-1, determine a energia de ligação na molécula de hidrogénio.

4. Quando se queima 4,0 kg de metano (CH4) dá-se a libertação de 53 200 kcal. Selecione, justificando, a opção que corresponde à variação de entalpia da reação de combustão de 1 mol de metano, em kJ mol-1.

(A) 5,56 X 104

(B) 2,76

(C) 8,90 x 102

(D) 8,90 X 105

5. Considere as reações químicas traduzidas por:

(A) O2 (g) + CO (g)  → CO2 (g)

(B) Mg (s) + O2 (g)  → MgO (s)

(C) H2O (l) → O2 (g) + H2 (g)

(D) S (s) + O2 (g)  → SO3 (g)

a) Acerte as equações químicas anteriores.

b) Como se chama a lei em que se baseou para responder à alínea anterior?

6. O amoníaco, NH3, é um dos compostos de nitrogénio mais conhecido e estudado. É um gás incolor, à temperatura ambiente, com um cheiro bastante irritante. O amoníaco pode ser obtido da reação entre o nitrogénio e o hidrogénio pelo processo de Haber.

6.1. Mostre que a equação termoquímica que traduz o processo de Haber pode ser expressa por:

N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH3 (g)     ∆H = - 80,0 kJ

6.2. Selecione a opção que completa corretamente a afirmação seguinte.

A energia dos reagentes é _____ à energia dos produtos da reação e na rutura das ligações químicas nos reagentes é envolvida, em valor absoluto, uma energia _______ à energia libertada na formação das ligações químicas nos produtos da reação.

(A) superior ... superior

(B) superior … inferior

(C) inferior ... inferior

(D) inferior … superior

6.3. A reação de síntese do amoníaco é endotérmica ou exotérmica?

6.4. Selecione a opção que completa corretamente a afirmação seguinte.

Se a reação de síntese do amoníaco ocorrer em sistema isolado, ______ transferência de energia entre o sistema e o exterior e a temperatura do sistema ______.

(A) não há ... mantém-se

(B) não há ... aumenta

(C) há ... diminui

(D) há ... mantém-se

6.5. Indique o valor da energia libertada na formação de ligações químicas que correspondem à formação de 4 mol de NH3 (g), a partir da variação de entalpia da reação sabendo que a energia total gasta para quebrar as ligações de 1 mol de N2 (g) e de 3 mol de H2 (g) é 2,254 X 103  kJ.

7. A síntese do amoníaco, também designada por processo Haber-Bosch, é desenvolvida em grande escala a nível industrial e é um processo que envolve a reação química entre os gases dinitrogénio e di-hidrogénio, cuja equação química é a seguinte :

N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH3 (g) + energia  ∆H < 0

7.1. Trata-se de um processo endoenergético ou exoenergético?

7.2. Considere os dados da tabela.

Calcule:

7.2.1. a energia envolvida na quebra das ligações dos reagentes;

7.2.2. a energia libertada na formação das ligações do produto da reação;

7.2.3. a variação de entalpia do processo de síntese do amoníaco.

7.3. De entre os seguintes gráficos indique aquele que traduz a variação de entalpia do processo.

7.4. Selecione a opção que contém a expressão que permite calcular a energia envolvida na formação de 2 mol de amoníaco.

(A) ∆H

(B) ∆H/2

(C) 2 x ∆H

(D) 6 x ∆H

8. Para tratamento da água, existe no comércio um aparelho designado por ozonizador. Neste aparelho é produzido ozono (O3) a partir do oxigénio do ar (O2), que mata os microrganismos presentes na água. A reação de obtenção do ozono a partir do oxigénio pode ser representada pela equação termoquímica:

3 O2 (g) → 2 O3 (g)  ∆H = + 426,9 kJ

Calcule o calor absorvido na reação de 1000 g de O2. Apresente todos os passos de resolução.

9. O cianeto de hidrogénio, HCN, utiliza-se no fabrico de plásticos transparentes e prepara-se a partir do amoníaco e do metano de acordo com a equação química seguinte:

NH3 (g) + CH4 (g) →  HCN (g) + 3H2

Nesta reação absorvem-se 211 kJ de energia.

9.1 Escreva a respetiva equação termoquímica.

9.2 Que quantidade de energia se absorve quando se consomem totalmente 11,2 dm3 de amoníaco nas condições PTN?

10. Atendendo à Lei de Lavoisier, escreva corretamente:

(A) C3H8 (g) + O2 (g)  → CO2 (g) + H2O (g)

(B) Al2(SO4)3 (aq) + BaCl2 (aq)  → BaSO4 (s) + AlCl3 (aq)

(C) FeS2 (s) + O2 (g)  → Fe2O3 (s) + SO2 (g)

(D) N2H4 (g) + I2O5 (g)  → N2 (g) + HI (g) + H2O (g)

11. Existem no mercado embalagens de chá e de café prontos a serem bebidos e que aquecem, instantaneamente, quando se pressiona o fundo da embalagem.

Com base no esquema de uma dessas embalagens, dê uma explicação provável para estas situações.

12. As reações de combustão são, de um modo geral, exemplos de reações químicas exotérmicas. Considere a reação de combustão do etano traduzida pela equação química seguinte:

2 C2H6 (g) + 7 O2 (g) → 4 CO2 (g)  + 6 H2O

12.1. Represente as estruturas de Lewis das moléculas que constituem o sistema reacional.

12.2. Considere os valores de energias de ligação da tabela seguinte.

a) Compare a energia absorvida na rutura de ligações nos reagentes com a que é libertada na formação das Ligações nos produtos.

b) Determine a variação de entalpia da reação e verifique que a combustão do etano é uma reação química exotérmica.

c) O que acontece à temperatura do sistema reacional se a reação ocorrer em sistema isolado? Justifique.

13. A equação química que representa a reação entre o sulfureto de hidrogénio e o dióxido de enxofre é:

(A) 2 H2S (g) + SO2 (g)  → 2 S (s) + 3 H2O (g)

(B) 2 H2S (g) + SO2 (g)  → 3 S (s) + 2 H2O (g)

(C) 2 H2S (g) + SO2 (g)  → 2 S (s) + 2 H2O (g)

(D) 3 H2S (g) + SO2 (g)  → 2 S (s) + 3 H2O (g)

14. Determine a variação da entalpia na combustão de 14,0 g de monóxido de carbono, sabendo que:

2 CO (g) + O2 (g) → 2 CO2 (g);  ∆H = - 282,5 kJ

15. A formação de amoníaco, a partir de nitrogénio e de hidrogénio gasosos, pode ser traduzida pela seguinte equação química:

      N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)

15.1. Mostre que a variação de entalpia (∆H) para esta reação é - 105 kJ completando a tabela seguinte, com recurso aos dados:

Dados: E (N ≡ N) = 945 kJ mol-1; E (H - H) = 432 kJ mol-1 ; E (N - H) = 389 kJ mol-1

15.2. Calcule a quantidade de energia libertada para o exterior por mole de amoníaco formada.

Contactos

© Triplex