Exercícios: Calor de reação, entalpia e equações termoquímicas

Em uma aula de laboratório, a professora explicou que algumas reações liberam calor para o ambiente, enquanto outras absorvem calor. Defina reação exotérmica e reação endotérmica e indique o sinal da variação de entalpia ($\Delta H$) em cada caso.

Observe a equação termoquímica da combustão do metano:

Classifique a reação como exotérmica ou endotérmica e explique o que o valor e o sinal de $\Delta H$ indicam.

Ana colocou nitrato de amônio em um pouco de água em um copo e percebeu que o copo ficou frio ao toque. Classifique o processo de dissolução como exotérmico ou endotérmico, justificando com base no sentido da troca de calor entre o sistema e o ambiente.

A decomposição da água é representada pela equação:

(a) Escreva a equação termoquímica da formação de 1 mol de $\text{H}_2\text{O}(l)$ a partir de $\text{H}_2(g)$ e $\text{O}_2(g)$, com o valor de $\Delta H$.

(b) Explique por que o sinal de $\Delta H$ se inverte ao inverter a equação.

A combustão completa do etanol é representada por:

Considere a massa molar do etanol igual a $46\ \text{g/mol}$. Calcule a quantidade de calor liberada na queima de $23\ \text{g}$ de etanol e a quantidade liberada na queima de $5{,}0$ mol de etanol.

Lucas montou o seguinte diagrama de entalpia para uma reação: os reagentes estão em $H = 120\ \text{kJ}$ e os produtos estão em $H = 45\ \text{kJ}$.

(a) Calcule $\Delta H$ da reação.

(b) Classifique a reação como exotérmica ou endotérmica.

(c) Diga qual conjunto (reagentes ou produtos) tem maior conteúdo energético e o que isso significa para a troca de calor.

Um botijão de gás de cozinha contém $13\ \text{kg}$ de butano ($\text{C}_4\text{H}_{10}$, massa molar $58\ \text{g/mol}$). A combustão completa do butano libera $2.878\ \text{kJ}$ por mol de butano consumido.

(a) Escreva a equação termoquímica balanceada da combustão completa do butano, formando $\text{CO}_2(g)$ e $\text{H}_2\text{O}(l)$, com o $\Delta H$ correspondente a 1 mol de butano.

(b) Calcule, em quilojoules, a energia liberada pela queima de todo o conteúdo do botijão.

(c) Considerando que o calor necessário para aquecer um litro de água de $25\ °\text{C}$ a $100\ °\text{C}$ é de aproximadamente $314\ \text{kJ}$, estime quantos litros de água poderiam ser aquecidos com essa energia, supondo aproveitamento total.

Gabriel compara dois combustíveis para um pequeno aquecedor. O hidrogênio libera $286\ \text{kJ}$ por mol de $\text{H}_2$ queimado (formando $\text{H}_2\text{O}(l)$), e o metano libera $890\ \text{kJ}$ por mol de $\text{CH}_4$ queimado. As massas molares são $2\ \text{g/mol}$ para o $\text{H}_2$ e $16\ \text{g/mol}$ para o $\text{CH}_4$.

(a) Calcule a energia liberada por grama de cada combustível.

(b) Compare os resultados e argumente qual combustível fornece mais energia por unidade de massa.

(c) Cite um motivo, além da energia por grama, que possa influenciar a escolha entre os dois combustíveis.