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:
H2(g)+O2(g) H2 O(g)
Dados: EL H-H=436 kJ mol^-1 ; EL O=O=496 kJ mol^-1 ; EL O-O=157 kJ mol^-1 ; EL O-H=463 kJ mol^-1

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:
2,H2(g) ;+;O2(g);longrightarrow;2,H2O(g)
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 EL=436 kJ/mol
  • 1 ligação O=O, com EL=496 kJ/mol
Então a energia total pra quebrar é:
Erm quebradas =2times436;+;1times496 =872;+;496 =1368 kJ

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 EL=463 kJ/mol. Como formamos 2 mol de H₂O, o total de ligações O–H formadas é 4. Logo:
Erm formadas =4times463 =1852 kJ

Passo 5

Com isso, a variação de entalpia padrão da reação (ΔH) é:
De
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:
  1. Massa molar do H₂ = 2 g/mol → 20 g correspondem a 10 mol de H₂.
  2. A reação que estudamos é para 2 mol de H₂ → libera 484 kJ.
    Logo, para 1 mol de H₂: 484 kJ2=242 kJ
    3. Para 10 mol de H₂ (20 g):
    10times242 kJ=2420 kJ

Resposta

O calor liberado na queima de 20 g de H₂ é de aproximadamente –2420 kJ (ou seja, 2420 kJ de energia são liberados).

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