A cloração total do metano gasoso produz tetracloreto de carbono - \mathrm{CCl}_{4}. Calcule o calor dessa reação a 298 K . (R: - 103,40 kcal).
\begin{tabular}{|l|l|}
\hline Substância & Entalpia de formação. \
\hline \mathrm{CH}_{4}(\mathrm{~g}) & -17,9 \mathrm{kcal} / \mathrm{mol} \
\hline \mathrm{Cl}_{2}(\mathrm{~g}) & zero \
\hline \mathrm{CCl}_{4}(\mathrm{l}) & -33,3 \mathrm{kcal} / \mathrm{mol} \
\hline \mathrm{HCl}_{(\mathrm{g})} & -22,0 \mathrm{kcal} / \mathrm{mol} \
\hline

Passo 1

O problema pede que a gente calcule o calor da reação (entalpia da reação) à 298\\ \mathrm{K} para a cloração total do metano que produz tetracloreto de carbono.
Dados fornecidos (entalpias padrão de formação, em \mathrm{kcal/mol}):
\Delta H_f^\circ\big(\mathrm{CH}_4(\mathrm{g})\big) = -17{,}9
\Delta H_f^\circ\big(\mathrm{Cl}_2(\mathrm{g})\big) = 0
\Delta H_f^\circ\big(\mathrm{CCl}_4(\mathrm{l})\big) = -33{,}3
\Delta H_f^\circ\big(\mathrm{HCl}(\mathrm{g})\big) = -22{,}0
Não há outras informações; a tarefa é obter \Delta H_\text{reação}çã a 298\\ \mathrm{K}.

Passo 2

Escrevemos a equação química balanceada da cloração total do metano até formar \mathrm{CCl}_4. A cada hidrogênio do metano forma-se um HCl, então a reação balanceada é:
\mathrm{CH}_4(\mathrm{g}) + 4\,\mathrm{Cl}_2(\mathrm{g}) \longrightarrow \mathrm{CCl}_4(\mathrm{l}) + 4\,\mathrm{HCl}(\mathrm{g})

Passo 3

Explicação do método: usaremos entalpias-padrão de formação. A entalpia padrão de formação \Delta H_f^\circ de uma substância é a variação de entalpia quando 1 mol da substância é formado a partir de seus elementos no estado padrão. Para calcular a entalpia da reação usamos a regra:
\Delta H_\text{reação}^\circ = \sum_{\text{produtos}} \nu_i\,\Delta H_{f,i}^\circ \;-\; \sum_{\text{reagentes}} \nu_j\,\Delta H_{f,j}^\circçã
onde \nu são os coeficientes estequiométricos (números de mols) na equação balanceada. Em palavras: somo as entalpias de formação dos produtos multiplicadas por seus coeficientes e subtraio a soma análoga dos reagentes.

Passo 4

Aplicando a fórmula, primeiro calculemos a soma das entalpias de formação dos produtos (usando os dados do enunciado):
\text{Produtos: } 1\cdot\Delta H_f^\circ\big(\mathrm{CCl}_4(\mathrm{l})\big)+4\cdot\Delta H_f^\circ\big(\mathrm{HCl}(\mathrm{g})\big)
Substituindo os números:
1\cdot(-33{,}3)+4\cdot(-22{,}0) = -33{,}3 + (-88{,}0) = -121{,}3\\ \mathrm{kcal}

Passo 5

Agora a soma das entalpias dos reagentes:
\text{Reagentes: }1\cdot\Delta H_f^\circ\big(\mathrm{CH}_4(\mathrm{g})\big)+4\cdot\Delta H_f^\circ\big(\mathrm{Cl}_2(\mathrm{g})\big)
Substituindo:
1\cdot(-17{,}9)+4\cdot(0) = -17{,}9\\ \mathrm{kcal}

Passo 6

Finalmente aplicamos a fórmula da reação:
\Delta H_\text{reação}^\circ = (-121{,}3)\;-\;(-17{,}9) = -121{,}3 + 17{,}9 = -103{,}4\\ \mathrm{kcal}çã
Interpretação rápida: o valor é negativo, logo a reação é exotérmica (libera calor). Dica para prova: sempre confirme estados físicos (l, g) porque \Delta H_f^\circ depende disso; depois aplique a soma ponderada por coeficientes da equação balanceada.

Resposta

-103{,}40\\ \mathrm{kcal}

Exercícios relacionados