Questão 4. O monóxido de carbono, CO(g), é um gás tóxico, liberado na combustão incompleta de combustíveis fósseis. Pode ser convertido em dióxido de carbono, CO2(g), de acordo com a equação química a seguir,
CO(g)+1 / 2 O2(g) 1 CO2(g)(a)
Considerando que,
C( grafita )+1 / 2 O2(g) CO(g) De<a H 1=-26,4 kcal
C( grafita )+O2(g) CO2(g) De<a H2=-94,1 kcal
(a) Identifique se a reação (a) é exotérmica ou endotérmica.
(b) Calcule a quantidade de energia liberada ou absorvida, através do calor, considerando o processo à pressão constante.
(c) Represente o processo em um diagrama de entalpia versus coordenada da reação.
(d) Considerando a equação fundamental da termodinâmica, De<a G=De<a H-T De<a S, é possível afirmar que a reação é espontânea?

Passo 1

O enunciado trata da reação
CO(g) + tfrac12,O2,(g) longrightarrow CO2,(g)
e fornece duas entalpias de reação a partir de carbono grafítico:
C,(grafita) + tfrac12,O2 to CO,;De<a H1 = -26,4;kcal
C,(grafita) + O2 to CO2,;De<a H2 = -94,1;kcal
O conteúdo envolve Lei de Hess para obter De<a H da reação-alvo, identificação de exotermia/endotermia, diagrama de entalpia e análise de espontaneidade via De<a G = De<a H - TDe<a S.

Passo 2

Aplicamos a Lei de Hess: escrevemos a reação-alvo como a soma da reação de formação de CO2 menos a de CO. Assim
De<a H = De<a H2 - De<a H1 = (-94,1) - (-26,4) = -67,7;kcal
Como De<a H = -67,7;kcal é negativo, concluímos que a reação é exotérmica (libera calor para o ambiente).

Passo 3

Em pressão constante o calor trocado qp é igual a De<a H. Logo,
qp = De<a H = -67,7;kcal,
isto é, são liberados 67,7;kcal.

Passo 4

No diagrama entalpia ( H) versus coordenada de reação, coloca-se o nível dos reagentes ( CO+½O2½) mais alto e o dos produtos ( CO2) 67,7;kcal abaixo. Uma seta descendente de 67,7;kcal indica De<a H<0, caracterizando a exotermia.

Passo 5

Para espontaneidade usamos
De<a G = De<a H - TDe<a S
A reação reduz o número de mols de gás ( 1,5to1), então De<a S<0. Logo -TDe<a S>0 e
De<a G = (-67,7) - T(De<a S)
pode ser negativo se |De<a H| > T|De<a S|, ou positivo em temperaturas muito altas. A 298 K normalmente |De<a H| domina, tornando De<a G<0 e a reação espontânea em condições ambientes.

Resposta

(a) Exotérmica.
(b) De<a H = -67,7;kcal, ou seja, libera 67,7;kcal.
(c) Diagrama de H versus coordenada de reação com os reagentes acima e os produtos 67,7;kcal abaixo, setinha para baixo.
(d) Como De<a H<0 e De<a S<0, De<a G é negativo a temperaturas moderadas (espontânea em T ambientes) e torna-se positivo em T muito altas.

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