Questāo 1: Determine a entalpia de formação do benzeno
a
(1)
(2) C (grafite)
(3)
Reação de formação do benzeno
grafite
(1)
(2) C (grafite)
(3)
Passo 1
O enunciado fornece três reações com suas entalpias e pede a entalpia de formação do benzeno. Dados fornecidos (peguei estes números do enunciado):
- Reação (1) (combustão do benzeno, o enunciado deu o ΔH correspondente à combustão completa):
- Reação (2) (combustão do carbono grafítico, por mol de C):
- Reação (3) (formação da água a partir de
):
A reação de formação do benzeno pedida é (a partir dos elementos em seus estados padrão, balanceada para 1 mol de
):
Queremos encontrar
para essa reação.
Passo 2
Princípio físico que vamos usar (explicação didática):
- A entalpia é uma função de estado. Isso significa que, para reações químicas, se uma reação pode ser obtida somando outras reações elementares, a entalpia da reação total é a soma algébrica das entalpias das reações parciais. Essa é a Lei de Hess.
- Regras práticas ao manipular equações com entalpias:
- Se multiplicar uma reação por um fator
, a entalpia também é multiplicada por . - Se inverter (reverter) uma reação, o sinal da entalpia inverte.
- Ao somar reações, as espécies iguais em lados opostos se cancelam.
- Se multiplicar uma reação por um fator
Vou aplicar exatamente essas regras para combinar (2), (3) e (1) de modo a obter a reação de formação pedida.
Passo 3
Preparar as reações escaladas para que, somando-as (tal como na Lei de Hess), cancelem e deixem a reação de formação.
Escalo a reação (2) por 6 para produzir
:
Escalo a reação (3) por 3 para produzir
:
Agora some as duas equações escaladas:
A entalpia dessa soma é
.
Observe que a reação (1) dada no enunciado (combustão do benzeno) é
com
. Se invertermos (1), obtemos:
que tem entalpia
(ou seja,
).
Agora some a equação obtida (a partir de 6×(2) + 3×(3)) com a reação invertida de (1). Ao somar:
-
e aparecem dos dois lados e se cancelam. -
também aparece nos dois lados e se cancela.
O resultado líquido é exatamente a reação de formação desejada:
Pelo princípio de Hess, a entalpia da reação resultante é a soma das entalpias usadas:
(onde
é porque invertimos a reação (1)).]
Passo 4
Agora faço as contas numéricas passo a passo (mantendo cada termo em TeX):
Calcule
:
Calcule
:
Calcule
(inversão de (1)):
Some os três termos:
Portanto a entalpia de formação do benzeno (por mol de
) é
.
Passo 5
Interpretação curta e motivação:
significa que, formar
a partir de carbono grafítico e hidrogênio gasoso é um processo endotérmico (absorve energia). O valor obtido está muito próximo do valor tabulado para
, então a combinação e os sinais foram feitos corretamente.
Força aí — essa técnica (usar a Lei de Hess, multiplicar e inverter reações) é exatamente a ferramenta que cai demais em prova. Pratica mais uns exercícios parecidos e fica tranquilo.