QUESTÃO (VALOR: 2,5 PONTOS)
Calcule o calor de reação da reação a seguir a
.
Passo 1
O que o enunciado pede e o que é dado:
- Pede-se: calcular o calor (variação de entalpia) da reação a
. - Reação fornecida:
- Informação disponível no enunciado: apenas a equação química e a temperatura final
. - Informação não fornecida explicitamente (necessária para o cálculo numérico): entalpias padrão de formação
das espécies e capacidades caloríficas molares para corrigir a entalpia de para . A seguir vou usar valores tabulados típicos para esses parâmetros e explicarei cada passo e hipótese.
Passo 2
Conceito e fórmula principal (a “receita” para resolver): entalpia da reação a uma temperatura
.
- Definição prática: a entalpia de reação a uma temperatura
é a diferença entre as entalpias (de formação) dos produtos e dos reagentes, todos avaliados em . Em fórmula:
onde
são os coeficientes estequiométricos (positivos para produtos, negativos para reagentes) e
é a entalpia padrão de formação da substância
à temperatura
.
- Como normalmente só se têm tabelas para
a , usa-se a Lei de Kirchhoff para ajustar a entalpia de formação de para :
Assim
com
- Interpretação das variáveis:
é a entalpia padrão de formação tabulada; é a capacidade calorífica molar da espécie (função de em geral). Se for aproximadamente constante no intervalo, a integral pode ser aproximada por .
Passo 3
Escolha dos valores tabulados usados (hipóteses explícitas).
-
Vou usar valores típicos de tabelas (valores padrão a
) para em : -
-
-
(elemento na forma padrão) -
-
-
Vou também usar capacidades caloríficas molares médias aproximadas (assumindo
aproximadamente constante no intervalo), em : -
-
Hipóteses: uso desses valores porque o enunciado não forneceu dados; isso dá um resultado aproximado e didaticamente mostra o procedimento. Pequenas variações nas tabelas geram pequenas diferenças no resultado final.
Passo 4
Cálculo da entalpia padrão da reação a
.
- Soma das entalpias dos produtos:
- Soma das entalpias dos reagentes:
- Portanto
- Interpretação: a reação, na forma estequiométrica escrita, libera cerca de
à temperatura padrão.
Passo 5
Correção de
para
(
) usando Kirchhoff com
constantes.
- Converter a temperatura:
- Calcular
(produtos menos reagentes), usando os escolhidos (unidades ):
- Integral aproximada (assumindo
constante):
- Converter para
:
Passo 6
Cálculo final da entalpia de reação a
e interpretação.
- Usando a relação de Kirchhoff:
- Arredondando de forma adequada (três algarismos significativos):
- Interpretação física: o valor negativo indica que a reação é exotérmica; a correção de temperatura diminui ligeiramente a magnitude do calor liberado (porque
aqui).
Passo 7
Observações finais e limitações (importante para a prova e para não se surpreender):
- O procedimento está completo e é o que se exige: 1) calcular
a pelas entalpias de formação; 2) corrigir para a temperatura desejada com a Lei de Kirchhoff. - O número final depende das tabelas usadas para
e dos valores de . Valores tabulados ligeiramente diferentes (ou considerar dependente de ) alterariam o resultado em algumas dezenas de , mas não mudariam o sinal (continua exotérmica). - Na prova: se não derem
, é aceitável calcular apenas e justificar que, para obter a , deve-se aplicar Kirchhoff. Se pedirem valor numérico a , utilize as tabelas de e fornecidas no caderno de dados ou as tabelas da disciplina.