5.43 Considere a seguinte reação:
2 \mathrm{Mg}(s)+\mathrm{O}_{2}(g) \rightarrow 2 \mathrm{MgO}(s)
\Delta H=-1204 \mathrm{~kJ}
(a) Essa reação é exotérmica ou endotérmica?
(b) Quantos gramas de \mathrm{MgO}(s) são produzidos durante uma variação de entalpia de -234 kJ ?
(c) Quantos quilojoules de calor são absorvidos quando 40,3 \mathrm{~g} de \mathrm{MgO}(s) são decompostos em \mathrm{Mg}(s) e \mathrm{O}_{2}(g) a pressão constante?

Passo 1

Vou listar clara e objetivamente o que o enunciado dá e o que pede (peguei todos os dados do enunciado).
  • Reação fornecida:
2\,\mathrm{Mg}(s)+\mathrm{O}_{2}(g)\rightarrow 2\,\mathrm{MgO}(s)
  • Variação de entalpia dada para essa reação tal como escrita:
\Delta H = -1204\\ \mathrm{kJ}
  • Perguntas:
    (a) A reação é exotérmica ou endotérmica?
    (b) Quantos gramas de \mathrm{MgO}(s) são produzidos durante uma variação de entalpia de -234\\ \mathrm{kJ}?
    (c) Quantos quilojoules de calor são absorvidos quando 40{,}3\\ \mathrm{g} de \mathrm{MgO}(s) são decompostos em \mathrm{Mg}(s) e \mathrm{O}_{2}(g) a pressão constante?

Passo 2

Entender o que significa o sinal de \Delta H (aula rápida e prática).
  • A entalpia \Delta H mede o calor trocado com o ambiente em um processo a pressão constante.
  • Se \Delta H<0 significa que o sistema liberou calor para o ambiente — isso chama-se reação exotérmica.
  • Se \Delta H>0 significa que o sistema absorveu calor do ambiente — reação endotérmica.
    Aplicando ao dado: \Delta H = -1204\\ \mathrm{kJ} tem sinal negativo, portanto a reação, como escrita, libera calor.

Passo 3

Resposta detalhada para (a) com explicação curta:
  • Como \Delta H = -1204\\ \mathrm{kJ}<0, a reação é exotérmica (libera calor).

Passo 4

Planejamento para (b): conectar entalpia à estequiometria.
  • A variação \Delta H=-1204\\ \mathrm{kJ} refere-se à reação exatamente como escrita, ou seja, à formação de 2 mol de \mathrm{MgO}.
  • Primeiro calcule a massa correspondente a 2 mol de \mathrm{MgO}.
    • Massa molar de \mathrm{Mg}: aproximadamente 24{,}3\\ \mathrm{g\\ mol^{-1}}.
    • Massa molar de \mathrm{O}: 16{,}0\\ \mathrm{g\\ mol^{-1}}.
    • Logo, massa molar de \mathrm{MgO}:
    M(\mathrm{MgO}) = 24{,}3 + 16{,}0 = 40{,}3\\ \mathrm{g\\ mol^{-1}}.
    • Massa de 2 mol de \mathrm{MgO}:
    2\\ \text{mol}\times 40{,}3\\ \mathrm{g\\ mol^{-1}} = 80{,}6\\ \mathrm{g}.
  • Interpretação: quando a reação completa (como escrita) ocorre, produz-se 80{,}6\\ \mathrm{g} de \mathrm{MgO} e libera-se 1204\\ \mathrm{kJ}.

Passo 5

Cálculo proporcional para (b) (transformar a energia dada em massa produzida).
  • Monta-se uma proporção direta entre energia liberada e massa produzida, pois ambas são proporcionais segundo a estequiometria:
\frac{-234\\ \mathrm{kJ}}{-1204\\ \mathrm{kJ}}=\frac{m}{80{,}6\\ \mathrm{g}},
onde m é a massa de \mathrm{MgO} produzida quando a variação de entalpia é -234\\ \mathrm{kJ}.
  • Isolando m:
m = 80{,}6\\ \mathrm{g}\times\frac{234}{1204}.
  • Faço a conta passo a passo:
    • Primeiro produto 80{,}6\times 234 = 18860{,}4.
    • Agora divisão 18860{,}4/1204 \approx 15{,}67.
  • Arredondando com coerência aos dígitos significativos dos dados, uso três algarismos significativos:
m \approx 15{,}7\\ \mathrm{g}.
Portanto, com \Delta H=-234\\ \mathrm{kJ} são produzidos aproximadamente 15{,}7\\ \mathrm{g} de \mathrm{MgO}.

Passo 6

Planejamento para (c): entender o processo de decomposição e relação com \Delta H.
  • A decomposição pedida é a reação inversa da escrita no enunciado:
2\,\mathrm{MgO}(s)\rightarrow 2\,\mathrm{Mg}(s)+\mathrm{O}_{2}(g).
  • A entalpia da reação inversa é o oposto da entalpia da reação direta. Então, se a direta tem \Delta H=-1204\\ \mathrm{kJ}, a inversa tem
\Delta H_{\text{inversa}}=+1204\\ \mathrm{kJ}
para decompor 2 mol de \mathrm{MgO} (ou seja, para decompor 80{,}6\\ \mathrm{g} de \mathrm{MgO}).
  • Pergunta: quanto de energia é absorvida ao decompor 40{,}3\\ \mathrm{g} de \mathrm{MgO}?
    • Observe que 40{,}3\\ \mathrm{g} é exatamente 1 mol de \mathrm{MgO}, pois M(\mathrm{MgO})=40{,}3\\ \mathrm{g\\ mol^{-1}}.

Passo 7

Cálculo para (c): energia necessária para decompor 40{,}3\\ \mathrm{g} ( =1 mol) de \mathrm{MgO}.
  • Sabendo que para decompor 2 mol ( 80{,}6\\ \mathrm{g}) são absorvidos 1204\\ \mathrm{kJ}, para 1 mol a energia será metade:
Q = \frac{1204\\ \mathrm{kJ}}{2} = 602\\ \mathrm{kJ}.
  • Sinal e interpretação: o valor é positivo porque o processo é endotérmico (absorve calor). Logo, ao decompor 40{,}3\\ \mathrm{g} de \mathrm{MgO} absorvem-se 602\\ \mathrm{kJ}.

Resposta

(a) Exotérmica.
(b) 15{,}7\\ \mathrm{g} de \mathrm{MgO}.
(c) 602\\ \mathrm{kJ} (absorvidos).

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