Determine a variação de entalpia padrão e energia interna padrão na reação de hidrogenação do benzeno
Determine o trabalho realizado pela atmosfera. Dados
A reação ocorre a
.
A reação ocorre a
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A questão pede para determinar a variação de entalpia padrão (
) e a variação de energia interna padrão (
) na reação de hidrogenação do benzeno. Além disso, precisamos descobrir o trabalho realizado pela atmosfera nessa reação. Para isso, vamos usar conceitos de termodinâmica, especificamente relacionados à entalpia e energia interna. Vamos precisar das entalpias de formação dos reagentes e produtos, além de entender como calcular o trabalho em processos a pressão constante.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar a reação química fornecida:
Aqui, o benzeno gasoso reage com hidrogênio gasoso para formar ciclo-hexano líquido.
Passo 3
Agora, vamos calcular a variação de entalpia padrão da reação (
). A fórmula para isso é:
Onde
são as entalpias de formação padrão.
Passo 4
Vamos listar as entalpias de formação fornecidas:
-
-
- A entalpia de formação do
é porque é um elemento na sua forma padrão.
Passo 5
Aplicando na fórmula:
Substituindo os valores:
Passo 6
Assim, a variação de entalpia padrão da reação é
. Isso significa que a reação libera energia, ou seja, é exotérmica.
Passo 7
Agora, vamos calcular a variação de energia interna padrão da reação (
). A relação entre
e
é dada por:
Onde:
-
é a variação no número de mols de gás. -
é a constante dos gases ( ). -
é a temperatura em Kelvin.
Passo 8
Primeiro, vamos calcular
:
- Reagentes: 1 mol de
+ 3 mols de = 4 mols de gás. - Produtos:
não é gás.
Então,
Passo 9
Convertendo a temperatura de
para Kelvin:
Passo 10
Agora, calculamos
:
Passo 11
Rearranjando a fórmula para encontrar
:
Substituindo os valores:
Passo 12
Portanto, a variação de energia interna padrão da reação é aproximadamente
.
Passo 13
Por fim, vamos determinar o trabalho realizado pela atmosfera. Em processos a pressão constante, o trabalho (
) é dado por:
Mas como não temos a variação de volume diretamente, usamos a relação:
Então,
Resposta
A variação de entalpia padrão da reação é
, a variação de energia interna padrão é
, e o trabalho realizado pela atmosfera é
.