Questão 19: A reação de combustão do gás hidrogênio é de grande interesse industrial. Isso porque, além de se tratar de uma fonte renovável de energia é também um combustível limpo. Considerando a reação de combustão do gás hidrogênio e os valores envolvidos nas respectivas energias de ligação, INDIQUE o calor envolvido na queima de 20 gramas de gás hidrogênio:
Dados:
Passo 1
O enunciado pede: “INDIQUE o calor envolvido na queima de
gramas de gás hidrogênio” para a reação fornecida. Informações relevantes dadas no enunciado:
- Equação química (não balanceada no enunciado):
. - Energias de ligação fornecidas (peguei esses valores do enunciado):
-
. -
. -
(valor dado, mas para esta reação usaremos ). -
.
-
- Massa de
que vai reagir: .
O que se pede explicitamente: calcular o calor (entalpia aproximada) liberado/absorvido na combustão de
de
.
Passo 2
Balancear a equação química antes de qualquer conta (importante para saber quantas ligações são quebradas/ formadas por “uma reação” estequiométrica):
A equação dada é , que não está balanceada (oxigênio não bate). Balanceamento:
A equação dada é
Agora está balanceada: à esquerda há
átomos de H e
de O; à direita também.
Passo 3
Explicar o método que vamos usar (passo-a-passo e o porquê): entalpia via energias de ligação.
- Ideia física simples: para formar produtos é preciso quebrar as ligações dos reagentes (consome energia) e formar novas ligações nos produtos (libera energia). Usando energias médias de ligação, uma estimativa da variação de entalpia da reação é:
- Convenções e unidades:
- Cada energia de ligação está em
: quer dizer “kJ liberados/consumidos por mol de ligações”. -
negativo significa reação exotérmica (libera calor); positivo significa endotérmica (absorve calor).
- Cada energia de ligação está em
- Vou aplicar esta fórmula à reação já balanceada. Vou explicar claramente quantas ligações de cada tipo existem nos reagentes e produtos (por mol de reação conforme a equação balanceada).
Passo 4
Contar as ligações quebradas (usando a equação balanceada):
- Reagentes:
-
contém ligações (uma por molécula de ). -
contém ligação (a molécula diatômica O2 tem uma dupla O=O).
Portanto, por uma vez da reação estequiométrica (isto é, para os coeficientes usados),
-
Agora insiro os valores numéricos (todos em
):
Passo 5
Contar as ligações formadas (usando a equação balanceada):
- Produtos:
. Cada molécula de tem ligações . Então moléculas têm ligações .
Substituindo o valor:
Passo 6
Calcular
por uma “reação” com os coeficientes que usamos (isto é, para
reagindo com
):
Interpretação:
corresponde à energia liberada quando
mol de
reagem com
mol de
para formar
mol de
. O sinal negativo mostra que a reação é exotérmica.
Passo 7
Encontrar o calor por mol de
(porque o enunciado dá massa de
). Pela estequiometria,
corresponde a
mol de
. Então o calor por mol de
é:
Isto significa: cada mol de
queimado libera, aproximadamente,
.
Passo 8
Calcular quantos mols há em
de
e o calor total liberado:
- Massa molar de
: . - Número de mols:
- Calor liberado por
:
Sinal negativo: calor liberado (exotérmico). Em valor absoluto,
são liberados.
Passo 9
Observações didáticas e suposições (rápidas, para a prova):
- Método usado: aproximação por energias médias de ligação — boa estimativa, com erro típico de algumas dezenas de kJ, mas suficiente em provas quando pedem com dados de energias de ligação.
- Usei
(energia de ) porque o reagente é (dupla) e não a ligação simples que aparece, por exemplo, em peróxidos (valor não é usado aqui). - Resultado final é proporcional à quantidade de
; a estratégia em prova: balancear → contar ligações quebradas/formadas → aplicar → ajustar pela massa dada convertendo para mols.