Calcule a entalpia de reação da sintese do gás brometo de hidrogênio,
, a partir das seguintes reações abaixo: (2,0 pontos)
Passo 1
O que o enunciado nos dá e o que pede:
- Pede a entalpia de reação da síntese do brometo de hidrogênio a partir dos reagentes escritos:
. - Fornece três reações com suas entalpias:
- Reação (1):
, . - Reação (2):
, . - Reação (3):
, .
- Reação (1):
- Observação importante sobre este tipo de problema: reações químicas devem estar corretamente balanceadas para aplicar a lei de Hess (entalpia é função de estado). A escrita do enunciado costuma omitir coeficientes óbvios; aqui o conjunto de entalpias é consistente se interpretarmos as reações com os coeficientes apropriados (ver Passo 2). O objetivo final que vou usar é a síntese balanceada do HBr a partir de H2 e Br2:
. (Mais abaixo explico por que escolhi essa forma balanceada.)
Passo 2
Por que escolhi a forma balanceada
e ajuste das reações dadas:
- Uma molécula de
contém 1 átomo de H e 1 de Br. Se começar com e (cada uma com 2 átomos), a reação elementar dá . Essa é a equação química balanceada para a “síntese do HBr”. - Além disso, verificando entalpias conhecidas, vemos que a segunda equação apresentada no enunciado deve estar com coeficientes que dão consistência: o valor
é exatamente duas vezes de , valor típico por mol de formação do . Portanto a forma coerente para a reação (2) é (ou seja, corresponde à formação de mol de ).
Analogamente, a reação (3) coerente é - A reação (1) já está na forma por 1 mol de
: , .
Essas interpretações tornam as três equações internamente consistentes e permitem usar a lei de Hess de forma direta.
Passo 3
Breve aula: lei de Hess e entalpia padrão de formação (idéia que utilizarei)
- A lei de Hess diz que a variação de entalpia de uma reação depende apenas dos estados inicial e final e é aditiva: se uma reação pode ser obtida somando, invertendo ou multiplicando reações conhecidas, sua
é a soma/inversão/multiplicação correspondentes das das reações usadas. - A entalpia padrão de formação
de uma substância é a entalpia da reação padrão que forma 1 mol da substância a partir dos elementos em suas formas mais estáveis. Para elementos puros em suas formas padrão, . - Usando as reações dadas (já balanceadas como expliquei), podemos obter os
de e e daí isolar o do . Feito isso, basta relacionar a entalpia da síntese balanceada de .
Passo 4
Calcular as entalpias de formação por passo a passo aritmético
-
Da reação (2) balanceada:Como os reagentes são elementos em suas formas padrão, os
desses elementos são zero. Pela definição, Portanto -
Da reação (3) balanceada:Novamente reagentes são elementos (lembre:
na forma líquida é o elemento em sua forma padrão), logo e -
Agora use a reação (1):Pela definição da entalpia da reação,Isolando
, Substituindo os valores encontrados:Calcule passo a passo:
Portanto
Passo 5
Converter para a entalpia da síntese balanceada pedida
- A entalpia de formação que encontramos corresponde à formação de
mol de a partir dos elementos na forma padrão, cuja equação padrão é e tem . - A síntese típica escrita com reagentes inteiros é
Essa reação forma mol de , então sua entalpia é o dobro da entalpia de formação de mol de :
Passo 6
Resumo e interpretação rápida (pra te deixar confiante)
- A conta longa foi: usar a reação que forma
para obter , usar a reação que forma para obter , e então aplicar a reação (1) para isolar . Isso é só a lei de Hess em ação: montar equações balanceadas e somar/subtrair entalpias. - Resultado final conveniente para prova: a reação balanceada de síntese do HBr (com coeficientes inteiros) tem
. Se a pergunta pedir só a entalpia por mol de , use .