"2º ANO" 3º BIMESTRE-2024: Termoquímica e Cinética Química

05/12/2023 13:00

Termoquímica

Habilidades Cognitivas

8.1.2. Identificar as variações de energia nas representações de processos de dissolução e nas mudanças de fase.

8.2.1. Saber que nas TQ a energia térmica do sistema inicial pode ser diferente da energia do sistema do final.

8.3.2. Saber diferenciar processo endotérmico de exotérmico.

31.1.3. Compreender a representação da variação de energia de uma TQ por meio de gráficos.

31.2.2. Compreender os procedimentos utilizados para efetuar cálculos, utilizando a Lei de Hess

31.2.3. Compreender os procedimentos utilizados para efetuar cálculos utilizando as energias de ligação.

31.2.4. Utilizar dados tabelados para os procedimentos de cálculos de variação de energia.

 

É o estudo das energias aplicadas às tranformações: física e/ou química.

                                                 T. Física

                                        Sistema endotérmico

 

Atividade:

 

1) Considere as transformações a que é submetida uma amostra de água, sem que ocorra variação da pressão externa:

Mudança de estado físico da água

Pode-se afirmar que:

a) as transformações 3 e 4 são exotérmicas.
b) as transformações 1 e 3 são endotérmicas.
c) a quantidade de energia absorvida em 3 é igual à quantidade liberada em 4.
d) a quantidade de energia liberada em 1 é igual à quantidade liberada em 3.
e) a quantidade de energia liberada em 1 é igual à quantidade absorvida em 2.

 

2) Ao se sair molhado em local aberto, mesmo em dias quentes, sente-se uma sensação de frio. Esse fenômeno está relacionado com a evaporação da água que, no caso, está em contato com o corpo humano.

Essa sensação de frio explica-se corretamente pelo fato de que a evaporação da água:

a) é um processo endotérmico e cede calor ao corpo.

b) é um processo endotérmico e retira calor do corpo.

c) é um processo exotérmico e cede calor ao corpo.

d) é um processo exotérmico e retira calor do corpo.

                      

                       Transformação Química

 

 

T.Q. Endotérmica: É aquela na qual a quantidade de energia absorvida para romper as ligações, entre os átomos, que constituem os reagentes é maior que a energia liberada na união entre os átomos na formação dos produtos.

A transformação química endotérmica pode ser identificada através das três maneiras abaixo:

Reagentes --> Produtos  ∆H positivo;

Reagentes + energia --> Produtos;

Reagentes (estado inicial) ter menos energia do que os produtos (estado final):

T.Q. Exotérmica: É aquela na qual a quantidade de energia absorvida para romper as ligações, entre os átomos, que constituem os reagentes é menor que a energia liberada na união entre os átomos na formação dos produtos.

A transformação química exotérmica pode ser identificada através das três maneiras abaixo:

Reagentes --> Produtos ∆H negativo;

Reagentes --> Produtos + energia;

Reagentes (estado inicial) ter mais energia do que os produtos (estado final):

Atividades:

 

3) A equação abaixo representa a transformação do óxido de ferro III em ferro metálico:

Fe₂O₃(s) +3 C(s) + 491,5 KJ → 2 Fe(s) + 3CO(g)

Observando a equação, responda às perguntas a seguir justificando sua resposta:

a) A equação acima é uma reação exotérmica?

b) O processo representado pela equação é endotérmico?

 

4) Em uma cozinha, estão ocorrendo os seguintes processos:

I. gás queimando em uma das “bocas” do fogão e
II. água fervendo em uma panela que se encontra sobre esta “boca” do fogão.

Com relação a esses processos, pode-se afirmar que:

a) I e II são exotérmicos.

b) I é exotérmico e II é endotérmico.

c) I é endotérmico e II é exotérmico.

d) I é isotérmico e II é exotérmico.

e) I é endotérmico e II é isotérmico.

 

5) Assinale a alternativa que contém apenas processos com ΔH negativo:

a) Combustão e fusão.

b) Combustão e sublimação de sólido para gás.

c) Combustão e sublimação de gás para sólido.

d) Fusão e ebulição.

e) Evaporação e solidificação. 

 

6) Observe o diagrama de um processo químico abaixo:

 

 

 

 

 

 

 

Pode-se afirmar que esse processo é:

a) exotérmico, com ΔH = + 230 kJ.

b) endotérmico, com ΔH = + 570 kJ.

c) endotérmico, com ΔH = + 230 kJ.

d) exotérmico, com ΔH = - 230 kJ.

e) exotérmico, com ΔH = - 570 kJ.

 

7) Nas reações químicas, a quantidade de calor liberada ou absorvida pela transformação é denominada calor de reação. Se uma reação é:

(0) exotérmica, o sistema perde calor e a vizinhança ganha a mesma quantidade perdida pelo sistema.

(1) endotérmica, o sistema ganha calor e a vizinhança perde a mesma quantidade recebida pelo sistema.

(2) exotérmica, sua entalpia final é menor que sua entalpia inicial, logo sua variação de entalpia (∆H) é menor que zero.

(3) endotérmica, sua entalpia final é maior que sua entalpia inicial, logo sua variação de entalpia (∆H) é maior que zero.

Aponte a(s) alternativa(s) correta(s).

 

Entalpia (H)

É a energia interna ou potencial que cada substância tem armazenada em si. Uma parte desta energia química esta nas ligações entre os átomos e na união entre as moléculas, a outra parte na forma de energia térmica referente aos movimentos de translação, rotação e vibração de átomos e moléculas.

Variação de entalpia (∆H) é a diferença entre a entalpia dos produtos (H_P) pela entalpia dos reagentes (H_R), numa reação à pressão constante: ∆H = H_P - H_R

 

      

Fatores que influenciam nas entalpias (ou calores) das reações:

_Quantidades de reagentes e de produtos: quanto mais reagentes ou produtos maior será a quantidade de calor envolvido na reação. Por exemplo, quanto mais gasolina cair, maior a quantidade de calor liberada pela queima:

_O estado físico dos reagentes e dos produtos da reação: a substância quando produzida no estado físico sólido apresenta menos energia interna, assim acaba liberando mais calor para o ambiente (vizinhaça), já a substância quando produzida no estado físico gasoso apresenta mais energia interna, assim acaba liberando menos calor para o ambiente:

 

 

Tipos de entalpia

_Entalpia de formação (∆H_f): corresponde à variação da entalpia no processo de formação de uma substância composta a partir de seus elementos constituintes (substâncias simples).

H₂(g) + 1/2O₂(g) --> H₂O(g); ∆H_f < 0

_Entalpia de combustão (∆H_comb): corresponde à variação da entalpia no processo de combustão de um mol de combustível.

Metano ∆H_comb:   - 889,5 kJ/mol

Glicose ∆H_comb:  - 2813,0 kJ/mol

_Entalpia (Energia) de ligação (∆H): é a quantidade de energia necessária para romper 1 mol de ligações. Essa mesma energia é liberada na formação de 1 mol de ligações.

Ligações rompidas	Ligações formadas
1 mol de H - H:   435,6 kJ	2 mols de H - O:   942,6 kJ
1/2 mol de O=O:   246,6 kJ
Total absorvido:   682,2 kJ	Total liberado:   924,6 kJ
Saldo:	242,4 kJ de energia liberada

 

Atividade:

 

8) Identifique a reação que define a variação da entalpia-padrão de formação:

a) 2 C_(grafite) + 2 O_2(g) → 2 CO_2(g)

b) C_(diamante) + O_2(g) → CO_2(g)

c) C_(grafite) + O_2(g) → CO_2(g)

d) CaO_(s) + 3 CO_2(g) → CaCO_3(g)

e) N_2(g) + 3 H_2(g) → 2 NH_3(g)

 

9) Sendo o ΔH de formação do óxido de cobre II igual a –37,6 kcal/mol e o ΔH de formação do óxido de cobre I igual a –40,4 kcal/mol, o ΔH da reação:

Cu₂O_(s) + 1/2 O_2(g) → 2 CuO_(s)

será:

a) –34,8 kcal.

b) –115,6 kcal

c) –5,6 kcal.

d) +115,6 kcal.

e) +34,8 kcal.

 

10) Sabe-se que as entalpias de formação para o CO e para o CO₂ são, respectivamente, –110,5 kJ·mol^–1 e –393,5 kJ·mol^–1, determine a classificação e o valor da variação de entalpia para uma reação de combustão do monóxido de carbono.

a) endotérmica, 504 kJ.

b) endotérmica, 283 kJ.

c) exotérmica, 283 kJ.

d) exotérmica, 504 kJ.

e) exotérmica, 393,5 kJ.

 

11) A amônia (NH₃) é uma substância muito utilizada na fabricação de fertilizantes e produtos de limpeza. Uma forma de produzi-la é por meio da síntese de Haber-Bosch, que ocorre em alta temperatura e pressão. Abaixo temos a equação que representa essa síntese:

Veja o valor das energias de ligação entre os átomos:

Determine a entalpia de formação de 1 mol de amônia.

a) –78 kJ/mol.

b) –44 kJ/mol.

c) +54 kJ/mol.

d) +98 kJ/mol.

e) +60 kJ/mol.

 

Cálculo de energia

 A quantidade de calor absorvida ou liberada por um corpo pode ser medida por: q = m ^. c ^. ∆t, onde:

q é a quantidade de calor;

m é a massa da substância;

c é o calor específico da substância;

∆t é a variação de temperatura da substância.

Observação: 1 cal corresponde a 4,18 joule.

 

Atividade:

 

12) Ozonizador é um aparelho vendido no comércio para ser utilizado no tratamento da água. Nesse aparelho é produzido ozônio (O₃) a partir do oxigênio do ar (O₂), que mata os micro-organismos presentes na água. A reação de obtenção do ozônio a partir do oxigênio pode ser representada pela equação:

3 O_2(g) ↔ 2 O_3(g) ΔH = +284 kJ

Com base nessa equação, e considerando a transformação de 1000 g de O_2(g) em O_3(g), a quantidade de calor envolvida na reação é:

 

a) 2958,33 kJ e a reação é endotérmica.
b) 1479,16 kJ e a reação é exotérmica.
c) 739,58 kJ e a reação é exotérmica.
d) 369,79 kJ e a reação é endotérmica.
e) 184,90 kJ e a reação é endotérmica.

 

Lei de Hess

 

A Lei de Hess é uma lei experimental e estabelece que a variação de entalpia de uma reação química depende apenas dos estados inicial e final da reação.

H₂O_(l) → H₂O_(v)   ΔH= +44 kJ

A Lei de Hess também pode ser chamada de Lei da Soma dos Calores de Reação. É uma forma de calcular a variação de entalpia através dos calores das reações intermediárias. 

Para montar as equações e aplicar a Lei de Hess, podemos fazer algumas alterações matemáticas, seguindo as seguintes regras:

 

• as equações intermediárias devem estar de acordo com a reação global. Coloca-se as equações (dados) na ordem que reagem ou são produzidas. Se não estiverem de acordo, troca-se reagentes com produtos e o sinal da ΔH;
• acertar os coeficientes também de acordo com a reação global. Se a equação for multiplicada, a ΔH também deve ser multiplicada pelo mesmo número.
• realizar o somatório matemático para montar a reação global;
• somar os valores das ΔH das equações intermediárias para achar a ΔH da reação global. 

Exemplo: 
Qual o valor da variação de entalpia da reação a seguir?

Equação global: C₆H_14(l) -> C₆H_6(l) + 4H_2(g) ΔH = ? KJ/mol

1ª etapa: H_2(g) + ½ O_2(g) -> H₂O_(l) ΔH = -286 KJ/mol

2ª etapa: C₆H_6(l) + 15/2 O_2(g) -> 6CO_2(g) + 3H₂O_(l) ΔH = -3268 KJ/mol

3ª etapa: C₆H_14(l) + 19/2 O_2(g) -> 6CO_2(g) + 7H₂O_(l) ΔH = -4163 KJ/mol

 

Solução:

_Inverta a primeira equação, com isso inverta o sinal de ΔH e multiplique por 4 o seu valor;

_Inverta a segunda equação, com isso inverta o sinal de ΔH;

_A terceira equação permanece a mesma.

 

H₂O_(l) -> H_2(g) + ½ O_2(g)                               4 . (ΔH = +286 KJ/mol)

6CO_2(g) + 3H₂O_(l) -> C₆H_6(l) + 15/2 O_2(g)           ΔH = +3268 KJ/mol                 +

C₆H_14(l) + 19/2 O_2(g) -> 6CO_2(g) + 7H₂O_(l)          ΔH = -4163 KJ/mol

______________________________________________________________

C₆H_14(l) -> C₆H_6(l) + 4H_2(g)                             ΔH = +249 KJ/mol

 

Observe que as equações químicas das etapas são somadas, obtendo-se a reação global; e que as ΔH depois das devidas mudanças são somadas, obtendo-se o valor da variação de entalpia da reação global.

 

Atividade:

 

13) Um passo do processo de produção de ferro metálico, Fe_(s), é a redução do óxido ferroso (FeO) com monóxido de carbono (CO).

FeO_(s) + CO_(g) → Fe_(s) + CO_2(g) ∆H = x

 

Utilizando as equações termoquímicas abaixo e baseando-se na Lei de Hess, assinale a alternativa que indique o valor mais próximo de “x”:

Fe₂O_3(s) + 3 CO_(g) → 2 Fe_(s) + 3 CO_2(g) ∆H = -25 kJ

3 FeO_(s) + CO_2(g) → Fe₃O_4(s) + CO_(g) ∆H = -36 kJ

2 Fe₃O_4(s) + CO_2(g) → 3 Fe₂O_3(s) + CO_(g) ∆H = +47 kJ

a) -17 kJ.

b) +14 kJ.

c) -100 kJ.

d) -36 kJ.

e) +50 kJ.

 

Cinética Química

    

É o estudo das velocidades das reações químicas e dos fatores que influênciam nessas velocidades.

 

Como as reações ocorrem:

 

Condições fundamentais:

_afinidade química (um reagente tem que ser afim do outro);

_contato (um reagente tem que colidir com o outro de forma orientada, ou seja maior superfície de contato);

_energia eficaz (energia necessária para quebrar o que existe "os reagentes" e ligar os átomos novamente formando "os produtos")

 

Teoria das colisões:

Energia de ativação (E_at.): é a energia mínima que as moléculas devem possuir para reagir, ao se chocarem (isto é, para termos uma colisão efetiva). 

 

Atividade:

 

1) (UFRGS) As figuras a seguir representam as colisões entre as moléculas reagentes de uma mesma reação em três situações:

 

Pode-se afirmar que:

a) na situação I, as moléculas reagentes apresentam energia maior que a energia de ativação, mas a geometria da colisão não favorece a formação dos produtos.

b) na situação II, ocorreu uma colisão com geometria favorável e energia suficiente para formar os produtos.

c) na situação III, as moléculas reagentes foram completamente transformadas em produtos.

d) nas situações I e III, ocorreram reações químicas, pois as colisões foram eficazes.

e) nas situações I, II e III, ocorreu a formação do complexo ativado, produzindo novas substâncias.

 

2) A figura seguinte mostra o diagrama de energia potencial de uma reação:

A + B → C + D

Qual é a energia de ativação para essa reação e qual deve ser a energia do complexo ativado em kJ/mol?

a) 80 e 100.

b) 20 e 100.

c) 60 e 100.

d) 80 e 20.

Cálculo da velocidade de consumo ou formação:

    A velocidade de consumo é aplicada quando se trata de um reagente e a velocidade de formação é quando se trata de um produto, para o cálculo basta dividir a variação da concentração da substância pelo intervalo de tempo correspondente.

 

Atividades:

 

3) Observe a tabela abaixo e responda:

a) Qual a velocidade de consumo de A no tempo de 0 a 20 segundos?

b) Qual a velocidade de formação de B no tempo de 20 a 40 segundos?

 

Cálculo da velocidade média da reação:

   A velocidade média de uma reação que apresenta coeficientes estequiométricos iguais pode ser calculada através da velocidade média de consumo de um reagente ou da velocidade de formação de um produto, usando as fórmulas abaixo:

 

    A velocidade média de uma reação que apresenta coeficientes estequiométricos diferentes entre si pode ser calculada através da velocidade média de consumo de um reagente ou da velocidade de formação de um produto dividida por seu respectivo coeficiente:

Vm = Vc/coeficiente do reagente

ou 

Vm = Vf/coeficiente do produto

 

Atividade:

 

4) (UECE) Seja a reação: X → Y + Z. A variação na concentração de X em função do tempo é:

A velocidade média da reação no intervalo de 2 a 5 minutos é:

a) 0,3 mol/L.min.

b) 0,1 mol/L.min.

c) 0,5 mol/L.min.

d) 1,0 mol/L.min.

e) 1,5 mol/L.min. 

 

Fatores que influenciam a velocidade da reação:

 

Concentração dos reagentes: quanto maior o número de reagentes mais fácil será o contato entre esses, consequentemente mais rápida será a reação.

_Temperatura: quanto maior for a temperatura do sistema, maior será a agitação das partículas, consequentemente mais rápido se encontrarão e mais rápida será a reação.

_Pressão: nas reações com gases a pressão altera o número de colisões.

Superfície de contato: quando a matéria se encontra o máximo fragmentada, mais fácil a interação dos reagentes e consequentemente mais rápida será a reação.

Catalisador: é a substância que participa da reação apenas facilitando a reação dos reagentes, diminuindo a energia de ativação, o que torna a reação mais rápida, sendo importante salientar que não fará parte do produto formado. 

 

Atividade:

 

5) (UDESC SC-adaptada) Se um comprimido efervescente, ao nivel do mar (pressão atmosférica=1atm) que contém ácido cítrico e carbonato de sódio for colocado em um copo com água e mantiver-se o copo aberto, observa-se a dissolução do comprimido acompanhada pela liberação de um gás. Assinale a alternativa correta sobre esse fenômeno.

a) Ao ocorrer  num local mais elevado, em relação ao nível do mar, a liberação das bolhas será mais rápida.

b) A velocidade de liberação das bolhas aumenta com a elevação da temperatura da água.

c) Se o comprimido for pulverizado, a velocidade de dissolução será mais lenta.

d) A presença de um catalizador vai retardar a transformação.

e) O fenômeno corresponde a um processo físico.