Suponha que De e De são independentes da temperatura e use os dados disponíveis no Apêndice 2A para calcular De para cada uma das seguintes reações, em 250^circ C. Em que intervalo de temperatura cada reação se tornará espontânea em condições padrão?
(a) 2 NO(g)+O2(g) longrightarrow 2 NO2(g)
(b) CaO(s)+H2 O(l) longrightarrow Ca(OH)2(s)
© CaC2(s)+2 H2 O(l) longrightarrow Ca(OH)2(aq)+C2 H2(g)

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente precisa calcular a variação da energia livre de Gibbs padrão ( De) para cada uma das reações dadas a uma temperatura de 250^circ C. Além disso, vamos descobrir em que intervalo de temperatura cada reação se torna espontânea nas condições padrão. Para isso, vamos usar os conceitos de entalpia ( De) e entropia ( De), que são fundamentais na termodinâmica das reações químicas.

Passo 2

Primeiro, lembrando da relação entre De, De e De, temos a equação:
De
Aqui, T é a temperatura em Kelvin. Essa equação nos ajuda a determinar a espontaneidade da reação. Se De for negativo, a reação é espontânea; se for positivo, não é espontânea.

Passo 3

Vamos converter a temperatura de 250^circ C para Kelvin, porque na equação a temperatura precisa estar nessa unidade:
T = 250^circ C + 273,15 = 523,15 K

Passo 4

Agora, para cada reação, vamos usar os valores de De e De do Apêndice 2A e aplicar na equação para encontrar De.

Reação (a):

2 NO(g) + O2(g) 2 NO2(g)

Passo 5

Suponha que temos os valores de De e De para a reação (a). Vamos substituir na equação:
De
Substituímos T por 523,15 K e calculamos De.

Passo 6

Depois de calcular De, analisamos o sinal do resultado:
  • Se De: a reação é espontânea a 250^circ C.
  • Se De 0: a reação não é espontânea a essa temperatura.

Passo 7

Para encontrar o intervalo de temperatura onde a reação se torna espontânea, igualamos De a zero e resolvemos para T:
0 = De
Essa temperatura é o ponto onde a espontaneidade da reação muda.

Passo 8

Repetimos os passos 4 a 7 para as reações (b) e ©:

Reação (b):

CaO(s) + H2 O(l) Ca(OH)2(s)

Reação ©:

CaC2(s) + 2 H2O(l) Ca(OH)2(aq) + C2 H2(g)

Resposta

Após aplicar a equação De para cada reação a 250^circ C (523,15 K), e determinar o ponto onde De, obtemos os intervalos de temperatura nos quais cada reação se torna espontânea em condições padrão. Os valores específicos dependem dos dados de De e De fornecidos no Apêndice 2A.

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