CESPE/FUB-2011/Químico - Q. 50 a 54

Prova aplicada em 01/2011 para o concurso do(a) FUB - 2010, realizado pelo órgão/instituição Fundação Universidade de Brasília, área de atuação Outras, organizada pela banca CESPE, para o cargo de Químico, nível superior , área de formação Química .


CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS (50 questões)

Resolução (Questões 51 a 54):

Questão 51 - Resposta:

Calor de reação medido a volume constante e a pressão constante: 

As reações químicas ocorrem, em sua maioria, em recipientes abertos, sob a pressão constante da atmosfera. Porém, quando os gases participam da reação, o calor da reação medido a pressão constante não será o mesmo do calor medido a volume constante. 

Veja os exemplos: 

Caso (1) - Reação com expansão de volume 
Exemplo: 

2 C (sólido)   +   O₂(g)    à    2 CO(g)

                           1 mol     :   2 mols 

- Calor medido a volume constante 

- Calor medido a pressão constante  
Temos que pela 1ª. Lei da Termodinâmica (∆E = Q + W). Como não há trabalho a volume constante (W = P∆V = 0), toda energia sob volume constante, originada da reação, é liberada na forma de calor (Q_v). 
Sob pressão constante, o sistema é expandido, executando o trabalho W = P∆V. Logo, parte daquela energia originada da reação será utilizada na realização do trabalho W e o calor liberado (Q_p) será menor que o calor liberado a volume constante (Q_v).

Caso (2) - Reação com contração de volume 
Exemplo: 

N₂(g)  +  3 H₂(g)    D   2 NH₃(g)

1 mol  +  3 mols     :     2 mols 
      (4 mols)

- Calor medido a volume constante  
- Calor medido a pressão constante
   
O ar atmosférico, sob pressão constante, executa um trabalho W contrário ao sistema, que transfere para o exterior a mesma quantidade de calor. Portanto, o calor liberado sob pressão constante é maior que o calor liberado sob volume constante.
Qp = Qv + W

Caso (3) - Reação sem variação de volume 
W = ∆n . R . T = 0, pois n_P = n_R
onde, n_P é o número de mols totais dos produtos (fase gasosa) e n_R é o número de mols totais dos reagentes (fase gasosa) - Portanto: Qp = Qv

Resumindo:

• Uma reação em sistema fechado a volume constante, mede a variação de energia interna (∆E)
• Uma reação em sistema fechado a pressão constante, mede a variação de entalpia (∆H)

Portanto, a reação de formação da amônia, a partir de H2(g) e N2(g), libera menos calor quando processada a volume constante, comparando-se quando processada a pressão constante.

Gabarito: Errado

Referências:

1. Peter Atkins & Loretta Jones - Princípios de Química - questionando a vida moderna e o meio ambiente, editora Bookman, Porto Alegre, 2001. – Pag. 316

2. Química - Termoquímica I - Calor de reação medido a volume constante e a pressão constante. Disponível em <http://www.colegioweb.com.br/quimica/calor-de-reacao-medido-a-volume-constante-e-a-pressao-constante.html>. Acesso em: 28 fev. 2012.

Questão 52 - Resposta:
Por definição a relação entre a energia livre de Gibbs padrão e a constante de equilíbrio de uma reação é:

∆G⁰ = - R.T.lnK, onde

R – constante universal dos gases

T – Temperatura em Kelvin

K – constante de equilíbrio da reação

Para a reação: N₂ + 3H₂ = 2NH₃

A constante de equilíbrio é K = [NH₃]² / ([N₂].[H₂]³)

Para um sistema gasoso, a temperatura constante e em equilíbrio, podemos relacionar as concentrações ou pressões parciais de cada componente com suas respectivas atividades, ou seja:

Atividade(a_i) = concentração molar de cada espécie química[C_ai], onde a_i = espécie química

Logo a relação entre a constante de equilíbrio e a atividade de cada componente em uma reação química, pode ser escrita:

K = (a_NH3)²/{(a_N2).(a_H2)³}

Por fim a relação entre a energia livre e a constante de equilíbrio expressa em atividade (ai)

∆G⁰ = - R.T.ln(a_NH3)²/{(a_N2).(a_H2)³}

Gabarito: Certo

Questão 53 - Resposta
Esta assertiva esta errada de "cara" visto que a geometria da amônia não é planar e sim piramidal (3 ligações N-H + 1 par eletrons não ligante).

Já o calor de vaporização aumenta em função das ligações de hidrogênio existentes na ligação N-H da amônia, por serem ligações intermoleculares mais fortes, esta molécula demanda mais energia para promover sua vaporização.
Gabarito: Errado

Questão 54 - Resposta
Cálculo da Entalpia de um processo químico através das “Entalpias de Energia de Ligação”:

Dados na Tabela (entalpias de ligação):
N₂ = 944 kJ/mol
H₂ = 436 kJ/mol
NH = 391 kJ/mol g Para NH₃= 3x391 kJ/mol
∆H =  å (ligações rompidas) -  å (ligações formadas)
Reação:             3H₂ + N₂ D 2 NH3 
Estequiometria: 3 mol H₂+ 1 mol de N₂ produzindo 2 mols de NH₃
∆H = å(3x436 + 1x944) - å(2x3x391) = 2.252 – 2.346 = - 94 kJ (para 2 mols de NH₃)
Para 1 mol é só dividir por 2: ∆H = - 47 kJ/mol (reação exotérmica)
Gabarito: Certo.