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
Beleza, a questão pede pra gente descobrir o calor (entalpia) envolvido na queima de 20 g de H₂, usando energias médias de ligação. Isso é Termoquímica básica: a gente vai usar o conceito de energia de ligação (quanto de energia é preciso pra quebrar uma ligação e quanto se libera formando outra) e a reação balanceada de combustão do hidrogênio.
O que vamos precisar:
- Balancear a reação
- Quebrar ligações (endotérmico) e somar essas energias
- Formar ligações (exotérmico) e somar essas energias
- Calcular ΔH pelo método “ligações quebradas – ligações formadas”
- Ajustar pra 20 g de H₂
Passo 2
Primeiro, balanceando a reação de combustão do H₂:
Aqui a gente vê que, para cada 2 mol de H₂, usamos 1 mol de O₂ e formamos 2 mol de H₂O.
Passo 3
Agora, calculando a energia necessária pra quebrar as ligações (processo endotérmico). Na etapa de reagentes temos:
- 2 ligações H–H, cada uma com
- 1 ligação O=O, com
Então a energia total pra quebrar é:
Passo 4
Agora a energia liberada ao formar as ligações nos produtos (processo exotérmico). Cada molécula de H₂O tem 2 ligações O–H, cada qual com
. Como formamos 2 mol de H₂O, o total de ligações O–H formadas é 4. Logo:
Passo 5
Com isso, a variação de entalpia padrão da reação (ΔH) é:
Isso significa que, na queima de 2 mol de H₂, são liberados 484 kJ (valor negativo = exotérmico).
Passo 6
Agora ajustando pra 20 g de H₂:
- Massa molar do H₂ = 2 g/mol → 20 g correspondem a 10 mol de H₂.
- A reação que estudamos é para 2 mol de H₂ → libera 484 kJ.
Logo, para 1 mol de H₂:
3. Para 10 mol de H₂ (20 g):
Resposta
O calor liberado na queima de 20 g de H₂ é de aproximadamente –2420 kJ (ou seja, 2420 kJ de energia são liberados).