Calcule o trabalho efetuado quando 50 g de ferro reagem com ácido clorídrico produzindo hidrogênio gasoso (a) num vaso fechado de volume fixo e (b) num bécher aberto, a 25^circ C.

Passo 1

O enunciado pede o trabalho w realizado quando 50 g de ferro reagem com ácido clorídrico a 25^circ C, em dois casos:
– (a) em vaso rígido (volume constante),
– (b) em béquer aberto (pressão constante de 1 atm).
Vamos usar a definição de trabalho de expansão
w=-Prm ext,De<a V
e a lei dos gases ideais para obter De<a V.

Passo 2

Calcular quantos mols de hidrogênio são formados. A reação é
Fe(s)+2,HCl(aq)to FeCl2(aq)+H2(g)
Massa molar do ferro approx 55,85,g/mol, logo
nrm Fe=50rm g55,85rm g/molapprox 0,8957rm mol
Cada mol de Fe gera 1 mol de H2, então
nrm H2=0,8957rm mol

Passo 3

Caso (a): vaso de volume fixo implica De<a V=0. Portanto
w=-Prm ext,De<a V=-Prm exttimes0=0

Passo 4

Caso (b): reação em aberto a Prm ext=1 atm. O volume de gás que aparece é dado por
De<a V=nrm H2,R,TPrm ext,
onde R=0,08206, Lcdot atmcdot mol^-1 cdot K^-1 e T=25^circ C=298 K. Assim
De<a V=0,8957times 0,08206times 298approx 21,9rm L

Passo 5

Converter para SI e calcular o trabalho:
21,9rm L=21,9times10^-3,m^3, 1rm atm=1,013times10^5,Pa
Então
w=-Prm ext,De<a V =-1,013times10^5,Patimes21,9times10^-3,m^3 approx-2,22times10^3,J

Resposta

(a) w=0.
(b) wapprox-2,2rm kJ.

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