Um método para obtenção de hidrogênio
gasoso em grande escala compreende a realização das reações representadas abaixo (as equações químicas não estão balanceadas).
Etapa 1:
Etapa 2:
Etapa 3:
a) Com os dados apresentados no quadro a seguir, calcule a variação de entalpia (
) para cada uma das reações representadas.
Etapa 1:
Etapa 2:
Etapa 3:
a) Com os dados apresentados no quadro a seguir, calcule a variação de entalpia (
Composto |
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b) Escreva a equação do processo global e determine a variação de entalpia para esse processo.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! Primeiro, o enunciado fala sobre um método para produzir hidrogênio gasoso usando três reações químicas. O conteúdo envolvido aqui é Termodinâmica, especificamente a variação de entalpia nas reações químicas. Vamos precisar balancear as equações e usar os valores das entalpias de formação para calcular a variação de entalpia de cada reação e do processo global.
Passo 2
Vamos começar pela Parte a), onde precisamos calcular a variação de entalpia (
) para cada uma das três etapas.
Passo 3
Primeiro, vamos balancear a Etapa 1:
Observando os elementos:
- S: 1 em ambos os lados
- O:
no reagente e no produto - H:
no reagente e no produto - Br:
no reagente e no produto
Precisamos ajustar os coeficientes para balancear:
Agora está balanceado.
Passo 4
Agora, vamos calcular a variação de entalpia para a Etapa 1 usando a fórmula:
Usando os valores da tabela:
-
Produtos:
-
: kJ/mol -
: kJ/mol
-
-
Reagentes:
-
: kJ/mol -
: kJ/mol -
: kJ/mol
-
Calculando:
Passo 5
Agora, vamos para a Etapa 2:
Vamos balancear essa equação. Observando os elementos:
- H: 2 no reagente e 2 no produto
- S: 1 em ambos
- O: 4 no reagente e
no produto
Para balancear o oxigênio, adicionamos coeficientes:
Para evitar frações, multiplicamos todos os coeficientes por 2:
Passo 6
Calculando a variação de entalpia para a Etapa 2:
Produtos:
-
: kJ/mol -
: kJ/mol -
: kJ/mol (elemento puro)
Reagentes:
-
: kJ/mol
Calculando:
Passo 7
Agora, vamos para a Etapa 3:
Balanceando a equação:
- H: 1 no reagente e 2 no produto
- Br: 1 no reagente e 2 no produto
Multiplicamos
por 2 para balancear:
Passo 8
Calculando a variação de entalpia para a Etapa 3:
Produtos:
-
: kJ/mol (elemento puro) -
: kJ/mol
Reagentes:
-
: kJ/mol
Calculando:
Passo 9
Agora, vamos para a Parte b). Precisamos escrever a equação do processo global e determinar a variação de entalpia total.
Primeiro, somamos as três etapas balanceadas:
Etapa 1:
Etapa 2:
Etapa 3:
Somando todas:
Cancelando os termos que aparecem em ambos os lados:
-
e cancelam. -
e cancelam parcialmente.
Após simplificar:
Na verdade, parece que houve um erro na simplificação. Refazendo:
Somando as etapas:
Cancelando:
-
em ambos os lados -
no produto e no reagente deixa no produto -
no produto e no reagente deixa no produto -
em ambos os lados cancelam -
no reagente e no produto deixa no reagente
Então, a equação global fica:
Multiplicando por -1 para deixar
como produto:
Passo 10
Agora, vamos calcular a variação de entalpia total do processo global somando as variações das etapas:
Resposta
a) As variações de entalpia para cada reação são:
- Etapa 1:
- Etapa 2:
- Etapa 3:
b) A equação do processo global é:
E a variação de entalpia para esse processo é: