Questão 02.
a) O hidrogênio é um combustível bastante atraente, uma vez que sua queima libera energia e que o único produto formado é a água. Calcule o calor liberado na combustão de 1 mol de
, produzindo
.
b) O processo seria mais ou menos eficiente, se água gasosa fosse produzida? Qual é a diferença em
?
Dados:
b) O processo seria mais ou menos eficiente, se água gasosa fosse produzida? Qual é a diferença em
Passo 1
O que o enunciado pede:
- (a) Calcular o calor liberado na combustão de 1 mol de
formando . - (b) Dizer se o processo seria mais ou menos eficiente se a água produzida fosse gasosa e calcular a diferença em
.
Informações fornecidas (vou listar exatamente como foram dadas):
-
. -
.
Outras informações úteis (consideradas dadas pela convenção padrão):
- As substâncias elementares no estado padrão têm entalpia de formação zero, portanto
e .
As reações de combustão que vamos considerar:
- Para água líquida:
. - Para água gasosa:
.
Passo 2
Conceito e fórmula que vamos usar (explicadinho):
- A entalpia-padrão de reação
pode ser obtida pelas entalpias-padrão de formação dos reagentes e produtos usando a Lei de Hess:
- Explicando cada símbolo:
-
é a variação de entalpia da reação nas condições-padrão ( , normalmente ). -
é a entalpia padrão de formação da espécie (entalpia para formar 1 mol dessa substância a partir dos elementos em seus estados padrão). -
são os coeficientes estequiométricos (positivos para produtos, negativos para reagentes quando usados na soma com sinal).
-
- Observação prática: para reações envolvendo apenas elementos e compostos onde os elementos estão em seus estados padrão (como
e ), as entalpias de formação dos elementos são zero, então só precisamos das entalpias de formação dos produtos.
Passo 3
Aplicando a fórmula para a combustão que produz
:
- A reação é
. - Pela fórmula de Hess:
- Usando
e , isso reduz para:
- Substituindo o valor dado:
- Interpretação do sinal:
negativo significa que a reação é exotérmica — isto é, libera energia. Portanto, ao queimar 1 mol de formando libera (em módulo).
Passo 4
Aplicando a mesma ideia para a combustão que produz
:
- Reação:
. - Pela mesma redução (entalpias dos elementos zero):
- Substituindo o valor dado:
- Interpretação: também exotérmica, mas libera menos energia (em módulo) do que quando a água é produzida líquida.
Passo 5
Diferença de eficiência entre produzir
e
:
- Calcule a diferença (energia adicional liberada quando se forma água líquida em vez de vapor):
- Fazendo a conta:
- Em módulo isso dá
. O sinal negativo indica que a entalpia é mais baixa (mais negativa) para a água líquida — ou seja, formar libera a mais do que formar . - Interpretação física simples: ao formar vapor, você “perde” a energia de condensação (calor latente) que seria liberada ao fazer o vapor virar líquido; por isso formar líquido é mais eficiente em termos de energia liberada pela combustão.
Passo 6
Resumo prático e dica para prova (apalpável e fácil de lembrar):
- Regra rápida: para reações envolvendo elementos puros em estado padrão, a entalpia da reação é simplesmente a entalpia de formação do produto (com sinais e coeficientes corretos).
- Se na prova te der
do produto e reagentes sendo elementos, copie a equação, aplique a fórmula de Hess direta e verifique o sinal: negativo = libera energia. - Observação de aplicação: a diferença de aproximadamente
é justamente o calor de condensação da água à temperatura padrão — por isso motores que usam a condensação recuperam energia extra.
Resposta
a)
(libera
).\n
b) Seria menos eficiente produzir ;
. Diferença:
(a formação de
libera
a mais).
b) Seria menos eficiente produzir