Os romanos utilizavam óxido de cálcio, CaO , para produzir uma forte argamassa para construir estruturas de pedra. O óxido de cálcio era misturado à água lentamente para produzir \mathrm{Ca}(\mathrm{OH})_{2} que por sua vez reagia lentamente com o \mathrm{CO}_{2} para forma \mathrm{CaCO}_{3}. Esse processo pode ser equacionado, segundo a seguinte reação:
\mathbf{C a}(\mathbf{O H})_{2}(\mathbf{s})+\mathbf{C O}_{2}(\mathbf{g}) \rightarrow \mathbf{C a C O}_{3}(\mathbf{s})+\mathbf{H}_{2} \mathbf{O}(\mathbf{g})
a) Calcule a variação de entalpia-padão para essa reação. São dadas as entalpias de formação dos seguintes compostos:
  • \Delta H_{f}^{\circ}\left(\mathbf{C a}(\mathbf{O H})_{2}\right)=-610,76 \mathbf{~ k J} / \mathbf{m o l}
  • \Delta H_{f}^{\circ}\left(\mathbf{C O}_{\mathbf{2}}\right)=-393,51 \mathbf{~ k J} / \mathbf{m o l}
  • \Delta H_{f}^{\circ}\left(\boldsymbol{C a C O}_{\mathbf{3}}\right)=-1207, \mathbf{6 ~ k J} / \mathbf{m o l}
  • \Delta H_{f}^{\circ}\left(\mathbf{H}_{\mathbf{2}} \mathbf{O}\right)=-241,83 \mathrm{~kJ} / \mathrm{mol}
    b) Qual a quantidade de calor na forma de energia, gerado se 1,00 \mathrm{~kg} de \mathrm{Ca}(\mathrm{OH})_{2} reagir em proporção estequiométrica com \mathrm{CO}_{2}(\mathrm{~g})

Passo 1

O enunciado nos dá a reação
\mathrm{Ca(OH)_2(s)}+\mathrm{CO_2(g)}\longrightarrow \mathrm{CaCO_3(s)}+\mathrm{H_2O(g)}
e pede:
(a) a variação de entalpia-padrão da reação, usando as entalpias de formação \Delta H_f^\circ fornecidas;
(b) o calor gerado quando 1{,}00\\ \mathrm{kg} de \mathrm{Ca(OH)_2} reage estequiometricamente.
Para isso, usaremos a expressão
\Delta H_\mathrm{rxn}^\circ=\sum\Delta H_f^\circ(\text{produtos})-\sum\Delta H_f^\circ(\text{reagentes})
e depois calcularemos o número de mols de \mathrm{Ca(OH)_2} a partir de sua massa molar.

Passo 2

Aplicando a fórmula de entalpia de reação:
Produtos:
\Delta H_f^\circ(\mathrm{CaCO_3})=-1207{,}6\\ \mathrm{kJ/mol},\quad \Delta H_f^\circ(\mathrm{H_2O})=-241{,}83\\ \mathrm{kJ/mol}
\sum\Delta H_f^\circ(\text{prod})=-1207{,}6+(-241{,}83)=-1449{,}43\\ \mathrm{kJ}
Reagentes:
\Delta H_f^\circ(\mathrm{Ca(OH)_2})=-610{,}76\\ \mathrm{kJ/mol},\quad \Delta H_f^\circ(\mathrm{CO_2})=-393{,}51\\ \mathrm{kJ/mol}
\sum\Delta H_f^\circ(\text{reag})=-610{,}76+(-393{,}51)=-1004{,}27\\ \mathrm{kJ}
Logo,
\Delta H_\mathrm{rxn}^\circ=-1449{,}43-(-1004{,}27)=-445{,}16\\ \mathrm{kJ/mol}

Passo 3

Calculamos os mols de \mathrm{Ca(OH)_2} em 1{,}00\\ \mathrm{kg}:
Massa molar
M(\mathrm{Ca(OH)_2})=40{,}08+2\times16+2\times1=74{,}10\\ \mathrm{g/mol}
n=\frac{1000\\ \mathrm{g}}{74{,}10\\ \mathrm{g/mol}}=13{,}49\\ \mathrm{mol}

Passo 4

O calor liberado é
Q=n\cdot\Delta H_\mathrm{rxn}^\circ =13{,}49\\ \mathrm{mol}\times(-445{,}16\\ \mathrm{kJ/mol}) =-6005\\ \mathrm{kJ}
O sinal negativo indica calor liberado.

Resposta

(a) \Delta H_\mathrm{rxn}^\circ=-445{,}16\\ \mathrm{kJ/mol}
(b) Q=-6005\\ \mathrm{kJ} (calor liberado)

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