Calcule
e
, quando um mol de hidrogênio é coletado a 273 K e 1 atm , a partir da reação:
dados:
form
e
form
Passo 1
O enunciado pede que se calcule
,
,
e
quando
de
é coletado nas condições
e
, para a reação
Informações relevantes fornecidas:
-
(peguei este dado do enunciado). -
(peguei este dado do enunciado). - Assumir
e (padrão para elementos na sua forma estável). - Foi coletado exatamente
de ; pela estequiometria, a reação ocorre uma vez por mol de produzido.
Passo 2
Calcular
da reação usando entalpias padrão de formação. Fórmula geral:
Aplicando à reação dada:
Substituindo os valores (lembre que
de
e
é zero):
Fazendo a conta:
Interpretação: a reação é exotérmica (entalpia negativa). Esse valor é por mol de reação, que coincide com produzir
de
.
Passo 3
Relação entre calor e entalpia em processo a pressão constante: o calor trocado com as vizinhanças a pressão constante é igual à variação de entalpia do sistema:
Como a reação ocorre a
(pressão constante), o calor trocado é:
Explicação didática:
mede a energia térmica trocada com o entorno quando a pressão é mantida constante. Sinal negativo significa que o sistema libera calor para o meio.
Passo 4
Calcular o trabalho de expansão
. Para trabalho de pressão-volume à pressão externa constante:
Aqui a mudança de volume vem da formação de
de gás
(antes não havia
gasoso). Usamos o gás ideal para achar
:
onde
é o número de mols do gás formado,
é a constante dos gases e
a temperatura.
Explicando as variáveis: ,
(constante dos gases),
,
.
Calcule :
Explicando as variáveis:
Calcule
Portanto o trabalho é
Converter para
:
Comentário prático: usar
é direto quando a pressão externa é igual à pressão do gás formado e a formação do gás é a única contribuição de volume.
Passo 5
Calcular
. Relação entre
e
:
Para gases ideais e à mesma temperatura,
, onde
moles gasosa produtos
moles gasosa reagentes. Na reação dada
. Assim:
Substituindo:
Arredondando razoavelmente:
Verificação alternativa (por consistência):
. Usando
e
obtém-se o mesmo valor
.
Passo 6
Resumo físico curto (motivação): a reação libera calor (
), e parte da energia liberada é gasta fazendo trabalho ao expandir e formar
de gás (
), por isso a energia interna do sistema diminui um pouco mais que a entalpia.