Um método para obtenção de hidrogênio (H2) gasoso em grande escala compreende a realização das reações representadas abaixo (as equações químicas não estão balanceadas).
Etapa 1: SO2(g)+H2 O(g)+Br2(g) H2 SO4(l)+HBr(g)
Etapa 2: H2 SO4(I) H2 O(g)+SO2(g)+O2(g)
Etapa 3: HBr(g) H2(g)+Br2(g)
a) Com os dados apresentados no quadro a seguir, calcule a variação de entalpia ( De ) para cada uma das reações representadas.
Composto De
Br2(g) +30,90
SO2(g) -296,8
H2 O(g) -241,8
HBr(g) -36,30
H2 SO4(l) -814,0
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 ( De) para cada uma das três etapas.

Passo 3

Primeiro, vamos balancear a Etapa 1:
SO2(g) + H2O(g) + Br2(g) H2SO4(l) + HBr(g)
Observando os elementos:
  • S: 1 em ambos os lados
  • O: 2 + 1 = 3 no reagente e 4 + 0 = 4 no produto
  • H: 2 + 2 = 4 no reagente e 2 + 1 = 3 no produto
  • Br: 2 no reagente e 1 no produto
Precisamos ajustar os coeficientes para balancear:
SO2(g) + H2O(g) + Br2(g) H2SO4(l) + 2,HBr(g)
Agora está balanceado.

Passo 4

Agora, vamos calcular a variação de entalpia para a Etapa 1 usando a fórmula:
De=ntes)
Usando os valores da tabela:
  • Produtos:
    • H2SO4(l): -814,0 kJ/mol
    • 2,HBr(g): 2 times (-36,30) = -72,60 kJ/mol
  • Reagentes:
    • SO2(g): -296,8 kJ/mol
    • H2O(g): -241,8 kJ/mol
    • Br2(g): +30,90 kJ/mol
Calculando:
De
De
De

Passo 5

Agora, vamos para a Etapa 2:
H2SO4(l) H2O(g) + SO2(g) + O2(g)
Vamos balancear essa equação. Observando os elementos:
  • H: 2 no reagente e 2 no produto
  • S: 1 em ambos
  • O: 4 no reagente e 1 + 2 + 2 = 5 no produto
Para balancear o oxigênio, adicionamos coeficientes:
H2SO4(l) H2O(g) + SO2(g) + 12O2(g)
Para evitar frações, multiplicamos todos os coeficientes por 2:
2,H2SO4(l) 2,H2O(g) + 2,SO2(g) + O2(g)

Passo 6

Calculando a variação de entalpia para a Etapa 2:
De=ntes)
Produtos:
  • 2,H2O(g): 2 times (-241,8) = -483,6 kJ/mol
  • 2,SO2(g): 2 times (-296,8) = -593,6 kJ/mol
  • O2(g): 0 kJ/mol (elemento puro)
Reagentes:
  • 2,H2SO4(l): 2 times (-814,0) = -1628,0 kJ/mol
Calculando:
De
De

Passo 7

Agora, vamos para a Etapa 3:
HBr(g) H2(g) + Br2(g)
Balanceando a equação:
  • H: 1 no reagente e 2 no produto
  • Br: 1 no reagente e 2 no produto
Multiplicamos HBr por 2 para balancear:
2,HBr(g) H2(g) + Br2(g)

Passo 8

Calculando a variação de entalpia para a Etapa 3:
De=ntes)
Produtos:
  • H2(g): 0 kJ/mol (elemento puro)
  • Br2(g): +30,90 kJ/mol
Reagentes:
  • 2,HBr(g): 2 times (-36,30) = -72,60 kJ/mol
Calculando:
De
De

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:
SO2 + H2O + Br2 H2SO4 + 2,HBr
Etapa 2:
2,H2SO4 2,H2O + 2,SO2 + O2
Etapa 3:
2,HBr H2 + Br2
Somando todas:
SO2 + H2O + Br2 + 2,H2SO4 + 2,HBr H2SO4 + 2,HBr + 2,H2O + 2,SO2 + O2 + H2 + Br2
Cancelando os termos que aparecem em ambos os lados:
  • Br2 e 2,HBr cancelam.
  • SO2 e 2,H2SO4 cancelam parcialmente.
Após simplificar:
H2 H2 + O2
Na verdade, parece que houve um erro na simplificação. Refazendo:
Somando as etapas:
  • SO2 + H2O + Br2 + 2,H2SO4 + 2,HBr H2SO4 + 2,HBr + 2,H2O + 2,SO2 + O2 + H2 + Br2
Cancelando:
  • 2,HBr em ambos os lados
  • 2,SO2 no produto e 1,SO2 no reagente deixa +SO2 no produto
  • 2,H2O no produto e 1,H2O no reagente deixa +H2O no produto
  • Br2 em ambos os lados cancelam
  • 2,H2SO4 no reagente e 1,H2SO4 no produto deixa -H2SO4 no reagente
Então, a equação global fica:
-H2SO4 + H2 H2O + SO2 + O2
Multiplicando por -1 para deixar H2SO4 como produto:
H2SO4 H2 + H2O + SO2 + O2

Passo 10

Agora, vamos calcular a variação de entalpia total do processo global somando as variações das etapas:
De
De
De

Resposta

a) As variações de entalpia para cada reação são:
  • Etapa 1: De
  • Etapa 2: De
  • Etapa 3: De
b) A equação do processo global é:
H2SO4 H2 + H2O + SO2 + O2
E a variação de entalpia para esse processo é:
De

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