IME/ITA ⇒ (ITA - 2006) Termoquímica Tópico resolvido

[emanuel9393MOD]

Problema movido da Maratona de Química IME/ITA I


(ITA - 2006) Considere as seguintes afirmações a respeito da variação, em módulo, da entalpia ([tex3]\Delta H[/tex3]) e da energia interna ([tex3]\Delta U[/tex3]) das reações químicas, respectivamente representadas pelas equações químicas abaixo, cada uma mantida a temperatura e pressão contantes:

[tex3]I. \,\,\, H_{2}O_{(g)} \, + \, \frac{1}{2}O_{2(g)} \,\,\, \rightarrow \,\,\, H_{2}O_{2(g)} \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, |\Delta H_{I}| \, > \, |\Delta U_{I}|[/tex3]

[tex3]II. \,\,\, 4NH_{3(g)} \, + \, N_{2(g)} \,\,\, \rightarrow \,\,\, 3N_{2}H_{4(g)} \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, |\Delta H_{II}| \, < \, |\Delta U_{II}|[/tex3]

[tex3]III. \,\,\, H_{2(g)} \, + \, F_{2(g)} \,\,\, \rightarrow \,\,\, 2HF_{(g)} \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, |\Delta H_{III}| \, > \, |\Delta U_{III}|[/tex3]

[tex3]IV. \,\,\, HCl_{(g)} \, + \, 2O_{2(g)} \,\,\, \rightarrow \,\,\, HClO_{4(l)} \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, |\Delta H_{IV}| \, < \, |\Delta U_{IV}|[/tex3]

[tex3]V. \,\,\, CaO_{(s)} \, + \, 3C_{(s)} \,\,\, \rightarrow \,\,\, CO_{(g)} \, + \, CaC_{2(s)} \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, |\Delta H_{V}| \, > \, |\Delta U_{V}|[/tex3]

Das afirmações acima, estão CORRETAS:

a) Apenas I, II e IV
b) Apenas I, III e IV
c) Apenas II, IV e V
d) Apenas III e V
e) Todas

[VALDECIRTOZZI]

Parece-me que o primeiro ponto nessa questão é determinar qual reação é endotérmica [tex3](\Delta H>0)[/tex3] e qual reação é exotérmica [tex3](\Delta H<0)[/tex3]. Sendo assim temos:

Na reação representada pela equação [tex3]I[/tex3] , a água é uma substância estável, portanto a reação deve ser endotérmica [tex3]\Delta H_I>0[/tex3].

Na reação representada pela equação [tex3]II[/tex3], também deve ser endotérmica, devemos fornecer energia para quebrara a tripla ligação do gás nitrogênio [tex3]\Delta H_{II}>0[/tex3].

Na reação repesentada pela equação [tex3]III[/tex3], os reagentes são altamente instáveis, e ao se recombinarem liberam energia [tex3]\Delta H_{III}<0[/tex3].

Na reação repesentada pela equação [tex3]IV[/tex3] temos uma combustão, porém o produto é líquido e com alto estado de oxidação temos então [tex3]\Delta H_{IV}>0[/tex3].

Na reação representada pela equação [tex3]V[/tex3] temos a redução de um óxido estável [tex3]\Delta H_V>0[/tex3].

Da termodinâmica sabemos que: [tex3]\Delta U=\Delta H-p\Delta V[/tex3], onde:
[tex3]\Delta U[/tex3] é a variação da energia interna do sistema.
[tex3]\Delta H[/tex3] é a variação de entalpia do sistema
[tex3]p[/tex3] é a pressão a que o sistema está submetido, no caso constante.
[tex3]\Delta V[/tex3] é a variação de volume do sistema, como a temperatura é constante essa variação é apenas devido à variação do número de mols das substâncias gasosas.

Então. temos:

Na reação [tex3]I[/tex3] há [tex3]1[/tex3] mol de substâncias gasosas no produtos e [tex3]\frac{3}{2}[/tex3] mol de substâncias gasosas nos reagentes, portanto, [tex3]\Delta V=1-\frac{3}{2}=-0,5[/tex3] mol

[tex3]\Delta U_I=\Delta H_I-p \cdot (-0,5)[/tex3] [tex3]\Longleftrightarrow[/tex3] [tex3]\Delta U_1=\Delta H_1+0,5p[/tex3]

Como [tex3]\Delta H_1>0[/tex3] temos que [tex3]\Delta U_I>0[/tex3], concluindo que [tex3]|\Delta H_1|<|\Delta U_I|[/tex3], portanto a alternativa é FALSA.

Na reação [tex3]II[/tex3] há [tex3]3[/tex3] mols de substâncias gasosas no produtos e [tex3]5[/tex3] mols de substâncias gasosas nos reagentes, portanto, [tex3]\Delta V=3-5=-2[/tex3] mols.

[tex3]\Delta U_{II}=\Delta H_{II}-p \cdot (-2)[/tex3] [tex3]\Longleftrightarrow[/tex3] [tex3]\Delta U_{II}=\Delta H_{II}+2p[/tex3]

Como [tex3]\Delta H_{II}>0[/tex3] temos que [tex3]\Delta U_{II}>0[/tex3], concluindo que [tex3]|\Delta H_{II}|<|\Delta U_{II}|[/tex3], portanto a alternativa é VERDADEIRA.

Na reação [tex3]III[/tex3] há [tex3]2[/tex3] mols de substâncias gasosas no produtos e [tex3]2[/tex3] mols de substâncias gasosas nos reagentes, portanto, [tex3]\Delta V=2-2=0[/tex3] mols.

[tex3]\Delta U_{III}=\Delta H_{III}-p \cdot (0)[/tex3] [tex3]\Longleftrightarrow[/tex3] [tex3]\Delta U_{III}=\Delta H_{III}[/tex3]

Nesse caso [tex3]|\Delta U_{III}|=|\Delta H_{III}|[/tex3] , portanto a alternativa é FALSA.

Na reação [tex3]IV[/tex3] há [tex3]0[/tex3] mols de substâncias gasosas no produtos e [tex3]3[/tex3] mols de substâncias gasosas nos reagentes, portanto, [tex3]\Delta V=0-3=-3[/tex3] mols.

[tex3]\Delta U_{IV}=\Delta H_{IV}-p \cdot (-3)[/tex3] [tex3]\Longleftrightarrow[/tex3] [tex3]\Delta U_{IV}=\Delta H_{IV}+3p[/tex3]

Como [tex3]\Delta H_{IV}>0[/tex3] temos que [tex3]\Delta U_{IV}>0[/tex3], concluindo que [tex3]|\Delta H_{IV}|<|\Delta U_{IV}|[/tex3], portanto a alternativa é VERDADEIRA.

Na reação [tex3]V[/tex3] há [tex3]1[/tex3] mol de substâncias gasosas no produtos e [tex3]0[/tex3] mol de substâncias gasosas nos reagentes, portanto, [tex3]\Delta V=1-0=1[/tex3] mols.

[tex3]\Delta U_{V}=\Delta H_{V}-p \cdot (+1)[/tex3] [tex3]\Longleftrightarrow[/tex3] [tex3]\Delta U_{V}=\Delta H_{V}-p[/tex3]

Como [tex3]\Delta H_{V}>0[/tex3] temos que [tex3]\Delta U_{II}<\Delta H_{V}[/tex3], concluindo que [tex3]|\Delta H_{V}|>|\Delta U_{V}|[/tex3], portanto a alternativa é VERDADEIRA.

Alternativa [tex3]\boxed{\boxed{C}}[/tex3]