Questões de Concurso Comentadas sobre termoquímica: energia calorífica, calor de reação, entalpia, equações e lei de hess. em química

A reação de decomposição do carbonato de cálcio em óxido de cálcio e dióxido de carbono é um processo endotérmico, conforme representado pela equação termoquímica abaixo: 

CaCO₃ (s) → CaO (s) +CO₂ (g) ΔH=+178kJ/mol 

Com base nessa reação e nos conceitos de termoquímica, analise as assertivas abaixo:

I. Como a reação é endotérmica, a energia dos produtos é maior do que a energia dos reagentes.
II. Se 2 moles de carbonato de cálcio forem decompostos, a energia absorvida será de 356 kJ.
III. A decomposição do carbonato de cálcio será favorecida a baixas temperaturas, segundo o princípio de Le Chatelier.
IV. Se essa reação ocorresse no sentido inverso, o ΔH seria -178kJ, caracterizando uma reação exotérmica.

Quais estão corretas?

A partir das entalpias de formação das substâncias envolvidas, pode-se calcular a entalpia de qualquer reação química. Considere a tabela a seguir que fornece as entalpias de formação de algumas substâncias, a 25ºC e 1 atm:





A partir das entalpias de formação, qual a entalpia de combustão do metano? 

O ácido nítrico é amplamente utilizado na indústria química, tais como: a Indústria Têxtil, de Espumas, de Tintas e de Embalagens. Um dos processos industriais para a produção de ácido nítrico envolve as seguintes etapas:

1. Oxidação da amônia para formar óxido nítrico.
2. Oxidação do óxido nítrico para formar dióxido de nitrogênio.
3. Dissolução do dióxido de nitrogênio em água para formar ácido nítrico.

Considerando essas reações, um rendimento global de 85% em todo o processo, e massas molares dos elementos H: 1,01 g/mol, N: 14,01 g/mol e O: 16,00 g/mol; a massa de amônia necessária para produzir 1 kg de ácido nítrico é de aproximadamente:

O acetileno (C₂H₂) é amplamente utilizado em maçaricos de oxiacetileno devido à sua capacidade de liberar grandes quantidades de calor durante sua combustão. A reação de combustão completa do acetileno em oxigênio puro pode ser representada pela seguinte equação não balanceada:

C₂H₂(g) + O₂(g)⟶ CO₂(g)+ H₂O(g)

Sabendo que a combustão de 1 mol de acetileno libera aproximadamente 1300 kJ de energia, a quantidade de calor liberada na combustão completa de 52 g de acetileno é de aproximadamente

A formação de uma solução aquosa de iodeto de potássio, segundo a equação química KI(s)→ K⁺(aq) + I^-(aq), envolve a ruptura do retículo cristalino (∆H_ret = 632 kJ/mol) seguida da hidratação dos íons (∆H_hid = -611 kJ/mol). Com base nessas informações, o calor de solução será de:

As mudanças químicas podem resultar na liberação ou absorção de calor. Elas também podem provocar a realização de trabalho, tanto no próprio sistema quanto no sistema da vizinhança. A função termodinâmica chamada entalpia responde pelo fluxo de calor nas mudanças químicas que ocorrem à pressão constante quando nenhuma forma de trabalho é realizada, a não ser trabalho PV. Sobre a entalpia, analise as afirmativas a seguir.

I. É uma propriedade extensiva. Portanto, a magnitude do ∆H é diretamente proporcional à quantidade de reagente consumida no processo.
II. A variação de entalpia para uma reação depende do estado dos reagentes e dos produtos.
III.A variação de entalpia para uma reação é igual em valores absolutos, mas oposta em sinais para o ∆H da reação inversa.

Está correto o que se afirma em

Um grupo de nutricionistas pesquisadores formulou a Baprofit, uma barra proteica alimentar que visa auxiliar fisiculturistas em treinos de alta intensidade. Para estimar a quantidade de energia que esse alimento pode fornecer, os cientistas realizaram um experimento utilizando uma bomba calorimétrica, cuja capacidade calorífica é de 950 J/°C. Para a análise, 4,0 g da Baprofit foram completamente queimadas, o que resultou em um aumento de 8°C na temperatura da água contida no calorímetro. Com base nos dados apresentados e nos conceitos de termoquímica, é correto afirmar que a energia liberada por grama de Baprofit é de:

O Brasil aumentou em 77% a geração de energia por meio de usinas termelétricas fósseis entre 2020 e 2021, segundo estudo feito pelo Instituto de Energia e Meio Ambiente. Em termoelétricas a gás natural, a queima do gás gera calor que aquece a água de uma caldeira que produz vapor, aciona turbinas, que, por fim, alimentam geradores de eletricidade.

Na matriz energética nacional, a participação das fontes fósseis passou de 9% em 2000, para 14% em 2020. O crescimento se dá, principalmente, por dois fatores: aumento da demanda por energia, que não foi acompanhada pela oferta, e as repetidas crises hídricas no país.

(Adaptado de CNN, 02/07/2022)

Com relação às transformações de energia e às termoelétricas, analise os itens a seguir:

I. O combustível usado em uma usina termelétrica a gás natural é renovável, pois o biogás usado é oriundo da fermentação do lixo orgânico.

II. Em uma usina termoelétrica a gás natural, as transformações de energia são de química para térmica, desta para energia cinética e, por fim, para energia elétrica.

III. A energia não pode ser destruída, embora possa ser criada e transformada.

Está correto o que se afirma em

As interações intermoleculares influenciam diversas propriedades físico-químicas das substâncias, como temperatura de fusão e de ebulição, viscosidade, solubilidade, dentre outras propriedades. A tabela a seguir apresenta a temperatura de ebulição de três substâncias, denominadas I, II e III.



Fonte: ATKINS, P.; JONES, L.; LAVERMAN, L. Princípios de Química: Questionando a vida moderna e o meio ambiente. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018. p.191.


Considerando a relação existente entre as interações intermoleculares e a temperatura de ebulição, e comparando a temperatura de ebulição das três substâncias, assinale a alternativa que identifica, corretamente, a fórmula química das substâncias I, II e III. São dados os números atômicos dos elementos químicos H (Z=1), C (Z=6), N (Z=7) e P (Z=15). 

Em um reator estão presentes os gases H₂ , I₂ e HI em equilíbrio químico. Medidas foram realizadas para descobrir as concentrações dos gases e os seguintes resultados foram encontrados: [I₂ ] = 1,6 x 10^-3 mol L^-1, [HI] = 2,0 x 10^-3 mol L^-1 e [H₂ ] = 5,0 x 10^-5 mol L^-1. Sabendo que a temperatura dentro do reator é de 700 K, assinale a alternativa que apresenta o valor da constante de equilíbrio de formação do HI. 

O calor liberado ou consumido em uma reação química é dado pela sua entalpia de reação (Δ_rH). Duas etapas consecutivas da preparação industrial de ácido sulfúrico são dadas pelas equações químicas 1 e 2 descritas abaixo, juntamente com suas respectivas entalpias de reação. Com base nesses dados, qual é o valor da entalpia da reação 3, em kJ mol^-1? 

Um químico observa que, durante a dissolução de um certo sal em água, o recipiente em que a solução está sendo preparada se resfria.

A explicação química mais coerente para esse fenômeno é:

O metano (CH₄) é um gás produzido durante o processo natural de digestão dos alimentos pelos rebanhos bovinos. A relevância desse gás, considerado fundamental na estratégia de mitigação do aquecimento global, se reflete no fato de o Brasil ter aderido ao Pacto Mundial do Metano na COP26, realizada na Escócia em 2021, se comprometendo a reduzir sua emissão.

Na combustão completa do metano, ele reage com oxigênio (O₂) e produz gás carbônico (CO₂) e água (H₂O).

Disponível em: <https://www.embrapa.br/busca-de-noticias/-/noticia/73172252/nova-metodologia-mede-emissao-de-metano-em-reprodutores-bovinos#:~:text=equipamento%20no%20dorso),

Emiss%C3%A3o%20de%20metano%20%C3%A9%20decorrente%20do%20processo%20de%20digest%C3%A3o%20dos,digest%C3%A3o%20dos%20alimentos%20pelos%20animais>. (Com adaptações) Acesso em: 17 abr. 2024.

Dados:

Substância ΔH_f⁰ (KJmol^-1)

CH_4(g) -74,8

CO_2(g) -393,5

H₂O_(l) -285,8

Assinale a alternativa que apresenta o calor liberado pela combustão completa de oito gramas de gás metano.

Considere que a reação ocorre em condições padrão.

Leia o texto a seguir.

“Em química, entretanto, a maior parte das reações químicas ocorre em recipientes abertos para a atmosfera e, portanto, em pressão constante de cerca de 1 atm. Esses sistemas podem se expandir ou contrair livremente. Se um gás se forma, ele trabalha contra a atmosfera para ocupar espaço. Embora nenhum pistão esteja envolvido, trabalho é realizado. Nesse sentido, uma função de estado que medisse as variações de energia em pressão constante considerando automaticamente as perdas de energia como trabalho de expansão durante a transferência de calor seria muito útil.”

ATKINS, Peter; LAVERMAN, Leroy; JONES, Loretta. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 7. Porto Alegre: Bookman, 2018. [Adaptado].

A função de estado à qual o trecho grifado no texto faz referência é a

A destilação é o processo de separação mais aplicado em indústrias químicas, sendo adequado para separação de misturas homogêneas cujos componentes apresentam considerável diferença de temperatura de ebulição. Na destilação,

Um evaporador de simples efeito está sendo utilizado para concentrar uma solução cuja vazão mássica de alimentação (F) no evaporador é de 10 kg/h. Sabe-se que a entalpia da corrente de alimentação (H_F) é igual a 4 kJ/kg. Essa solução de alimentação, inicialmente, contém 10% de sólidos (x_F), em massa, e deve ser concentrada até atingir 20% de sólidos (x_L), em massa. Para concentrar essa solução, está disponível uma corrente de vapor saturado, cuja entalpia de vaporização (λ_S) é igual a 2 kJ/kg. Esse vapor deve ser utilizado para aquecer a solução, de forma que não haja contato direto entre o vapor de aquecimento e a solução a ser concentrada. O vapor é alimentado no evaporador como vapor saturado, e deixa o evaporador na forma de líquido saturado. A solução, depois de concentrada, é removida do evaporador através de duas correntes: uma corrente líquida (L), e uma corrente vapor (V), cujas entalpias são, respectivamente, iguais a 5 kJ/kg (H_L) e 7 kJ/kg (H_V). Considerando que o sólido a ser concentrado é um composto não-volátil, e que não há troca de calor entre o ambiente externo e o evaporador, a quantidade de vapor (S) que deve ser consumido para realizar a evaporação descrita anteriormente é igual a 

O Joule (Símbolo J) é uma unidade de medida de energia no Sistema Internacional de Unidades (SI). É definido como a quantidade de trabalho realizada quando uma força de um newton desloca uma massa por uma distância de um metro na direção da força. O Joule pode ser descrito em termos de unidades fundamentais como