O metano é um gás que pode ser utilizado para geração de energia. A reação a seguir, ocorre a uma pressão constante, mostra a conversão do gás metano em gás etileno:
a) Determine a entalpia padrão
dessa reação utilizando as seguintes reações a seguir. Justifique.
b) Determine o calor da reação. Justifique.
c) A reação de conversão de metano em etileno é exotérmica ou endotérmica? Explique.
d) Esboce um diagrama de entalpia da reação.
a) Determine a entalpia padrão
b) Determine o calor da reação. Justifique.
c) A reação de conversão de metano em etileno é exotérmica ou endotérmica? Explique.
d) Esboce um diagrama de entalpia da reação.
Passo 1
O enunciado pede para calcular a entalpia padrão ΔH° da reação de conversão
usando as quatro reações dadas (Hess), depois relacionar o “calor da reação” com ΔH, dizer se é exotérmica ou endotérmica e, por fim, esboçar o diagrama de entalpia.
Conteúdo: entalpia, lei de Hess, calor a pressão constante (qₚ=ΔH), diagramas de entalpia.
Precisamos usar Hess para combinar as equações e achar ΔH da reação-alvo.
Passo 2
Primeiro, vamos extrair as entalpias de formação que precisamos. Das reações dadas:
- CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O ΔH₁=–890,3 kJ
- 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O ΔH₃=–571,6 kJ
Usando a reação (3) achamos ΔHf(H₂O):
Como ΔHf(H₂)=ΔHf(O₂)=0,
Passo 3
Agora, pela reação (1) temos:
logo
Da reação (2): C₂H₄ + H₂ → C₂H₆ ΔH₂=–136,3 kJ, temos
$$\Delta H_f(\mathrm{C_2H_6}) = \Delta H_f(\mathrm{C_2H_4}) + \Delta H_f(\mathrm{H_2}) + (-136{,}3)
= \Delta H_f(\mathrm{C_2H_4}) -136{,}3.$$
E da reação (4): 2 C₂H₆ + 7 O₂ → 4 CO₂ + 6 H₂O ΔH₄=–3 120,8 kJ, substituindo ΔHf(H₂O) e ΔHf(C₂H₆):
que dá
Passo 4
A entalpia da reação-alvo vale
$$\Delta H_\mathrm{rxn} = \Bigl[\Delta H_f(\mathrm{C_2H_4}) + \Delta H_f(\mathrm{H_2})\Bigr] - 2,\Delta H_f(\mathrm{CH_4})
= \Delta H_f(\mathrm{C_2H_4}) -2\bigl[\Delta H_f(\mathrm{CO_2})+1172\bigr].
\Delta H_f(\mathrm{C_2H_4}) -2,\Delta H_f(\mathrm{CO_2}) = 839{,}3;\mathrm{kJ},$$
então
Passo 5
Como a reação ocorre a pressão constante, o calor trocado qₚ = ΔH. Logo
Passo 6
ΔH° > 0 significa que a reação absorve calor do ambiente. Então é endotérmica.
Passo 7
Diagrama de entalpia (H) vs. progresso da reação:
- Começamos em H dos reagentes (2 CH₄).
- Subimos até H dos produtos (C₂H₄ + H₂), que está 201,9 kJ acima.
- A diferença vertical entre reactivos e produtos é +201,9 kJ.
Resposta
a) ΔH° = +201,9 kJ
b) qₚ = +201,9 kJ
c) A reação é endotérmica (ΔH > 0, absorve calor).
d) No diagrama, a linha dos produtos fica 201,9 kJ acima da dos reagentes, mostrando o ganho de entalpia.
b) qₚ = +201,9 kJ
c) A reação é endotérmica (ΔH > 0, absorve calor).
d) No diagrama, a linha dos produtos fica 201,9 kJ acima da dos reagentes, mostrando o ganho de entalpia.