Termoquímica

Modificado em 24/08/2020

Termoquímica - Conceitos Gerais 

A termoquímica estuda as temperaturas ou o calor envolvido nas reações químicas. É a parte da termodinâmica que estuda as trocas de energia absorvidas ou liberadas nas transformações físico-químicas.

É óbvio que ao tratar o relativo assunto é conveniente conhecermos distintamente as principais fontes de obtenção de energia térmica de uso no cotidiano.

As principais fontes de obtenção de energia térmica são a lenha, os diversos tipos de óleos desde o óleo crú até os óleos combustíveis super refinados, o carvão, o petróleo, os gases combustíveis, como o metano, propano, butano, além de outros, a gasolina, o álcool, as parafinas, as resinas de madeira, além de outros tipos de energia como a solar, a geotérmica, incluindo também a térmica provinda da eletricidade, como por exemplo os ferros elétricos de passar roupas, que são aquecidos a partir de uma corrente elétrica.

Energia

A física a define como a propriedade que um corpo, uma substância ou um sistema físico quando ativado têm de realizar trabalho. A energia é precedente a matéria formada que conhecemos, pois conforme a teoria do Big Bang toda matéria surgiu da energia após a grande explosão, no início da formação do universo havia o caos e a “energia estava descontrolada”, com a união das subpartículas, quarks, léptons, bósons que se aglomeraram e formaram o átomo primordial o hidrogênio, este armazenou parte da energia do caos e começou a estruturação da matéria. Essas partículas formadas se associaram em grandes massas que ganharam rotação e se condensaram e se acenderam em estrelas, no núcleo destas por fusão, formaram os outros elementos químicos que conhecemos. O próprio Big Bang foi uma grande expansão de energias nas formas de calor, luz e radiações. É a energia (magnetismo) que aproxima e segura os átomos na formação das moléculas e os “aglomerados estruturais metálicos”. A energia também pode ser definida como a diferença de cargas existentes entre o núcleo e a eletrosfera dos átomos que pode ser liberada.                                                             
Energia pode significar força que movimenta a matéria, é a mesma força que dá início ao impulso do movimento das partículas e corpos. A matéria carrega energia embutida na sua massa.

Tipos de Energia

Energia Térmica

Fontes de Obtenção de Energia Térmica

Energia do Carvão mineral
             
Linhito, Hulha e Antracito

Encontrado nas jazidas no subsolo, o linhito, hulha, antracito são fontes geradoras de energia térmica. Nos últimos anos o consumo a nível global foi de aproximadamente 7 bilhões de toneladas por ano. A maior parte do consumo é feito nos países onde a demanda é necessária, China, U.S.A., países da União Europeia, Alemanha, Rússia,  Austrália, África do Sul e outros países com grande consumo. O Brasil até agora, tem um consumo bem moderado do carvão, por dispor de outras fontes de produção de energia.

A composição Química do Carvão

O carvão mineral possui uma composição química de Carbono, que varia de aproximadamente 55 a 90 % de sua composição total. Além do carbono presente está presente no mineral o enxofre (S), oxigênio (O), hidrogênio (H), nitrogênio (N) e cinzas contendo; silica (SiO2), alumina  (Al2O3), óxido de ferro (Fe2O3), cálcio ou óxido de cálcio (Ca ou CaO), oxido de magnésio (Mg ou MgO), óxido de potássio K2O e sulfatos (SO2),  óxido de sódio (Na2O),  óxido de titânio (TiO2).

Os componentes químicos das cinzas do carvão, podem ser determinados em laboratório por diversas técnicas, utilizando aparelhos de absorção atômica, pela técnica de absorção atômica com forno de grafite. O forno de grafite corresponde a um tubo de grafite que funciona por energia eletrotérmica,  decompondo as substâncias analisadas em partículas monoatômicas, que são analisadas individualmente. Esse espectrofotômetro utiliza gás acetileno como alimentador da chama, se ocorrer desvio de leitura, ocorre a correção dos dados analisados, pela lâmpada de deutério coadjuvante. Outro método de análise é o da espectroscopia de fluorescência de raios X o espectroquant, no qual a análise se dá  pela interação das partículas a serem analisadas, que são sensibilizadas com a radiação eletromagnética. As partículas carregadas incidem sobre a amostra, que em resposta emite raios X. Como cada elemento químico possui características que são próprias, ocorre o retorno da incidência, então o elemento químico é analisado proporcionalmente ao contido na amostra. 

Emprego da Energia Térmica

Na siderurgia, na metalurgia, nas usinas atômicas de produção de energia elétrica, na indústria de produção de açúcar de cana, nas refinarias de petróleo, na indústria cerâmica, na indústria do cimento, da produção da cal, na indústria da borracha de plásticos em geral, no trabalho doméstico diário (na cozinha) na indústria alimentícia em geral. 

Questões

Na produção do ferro gusa, utiliza-se carvão com um alto grau de pureza que fornece ao entrar em combustão, energia térmica. Além do carbono queimado que é liberado sob a forma de gás carbônico (CO2) para a atmosfera, há uma porcentagem desse carbono puro que permanece na constituição do ferro metálico obtido. 

1) Sabe-se que para produzir um quilograma de ferro, necessita-se de 0,91 kg de carvão. Considerando que um alto forno em atividade, tem a capacidade de produção de 4,0 x 104  kg de ferro de cada vez, qual é a quantidade de energia liberada na queima desse carvão, na preparação dessa quantidade de ferro, se cada quilograma de carvão produz 6800 Kcal?

Resolução

Podemos transformar toneladas em quilogramas. 

Calculamos a quantidade de carvão gasto.

Calculamos a energia produzida pelo carvão.

2) No caderno do aluno, química  vol. 2, 1ª série p. 5, relata-se na tabela, que ao ser queimado 1 quilograma  de gasolina sem álcool, há a geração de 11730 kcal de energia térmica. Sabe-se que 1 molécula de gasolina octano (C8H18), de peso igual a 118 gramas, corresponde a 1 mol que produz 8 moléculas de gás carbônico (CO2) de 44 gramas. Convém saber que cada quilograma da gasolina corresponde a 8,8 mols do combustível. Considerando que a gasolina queimada seja constituída apenas de octano, e que o peso de cada litro seja 0,78 kg. Quantos quilogramas de gás carbônico produzirá um carro com um tanque de 40 litros, que queimou todo o seu combustível? Calcule.

a) 96,3 g                b) 105,91 g              c) 96,33 kg            d) 9,63 kg              e) 963,3 kg

Energia Luminosa

Podemos ver claramente a utilidade da energia luminosa na fotossíntese. Fenômeno físico químico que ocorre utilizando o gás carbônico retirado da atmosfera, para a produção de açúcar e gás oxigênio.
Seis mols de gás carbônico juntamente com 6 mols de água sob a ação da energia luminosa se transforma num mol de  açúcar glicose ou frutose e seis mols de gás oxigênio. Observe a reação: 
6 CO2  +  6 H2O       ►energia luminosa ►   C6H12O6    +    6 O2    

Energia Elétrica - eletroquímica

Termodinâmica

A termodinâmica estuda as trocas de energia absorvida e liberada nas transformações químicas. Acompanha os fenômenos físicos químicos.

Calor

Átomos energizados podem gerar campos elétricos em oscilações com emissão de fóton, luz e calor. O calor insere-se no espectro da radiação infravermelha ou térmica. É parte de ondas eletromagnéticas que emitidas por um corpo são absorvidas por outro, transforma-se em calor. O calor pode provir da energia luminosa, energia elétrica ou mecânica. As fontes produtoras calor são o gás combustível, gasolina, petróleo, carvão, lenha, etc.

Energia térmica produzida pelo gás canalizado metano.

Esse gás é mais energético que o gás de botijão (butano), a sua chama é quase invisível devido o tratamento que retira água e outras impurezas de sua composição.

A figura ao lado demonstra uma  panela de pressão em plena fervura


                                                                                                                                        
Caloria 

É a unidade de medida de energia, cujo símbolo representativo é cal ou kcal. A caloria representada pela inicial maiúscula Caloria deve simbolizar na realidade uma quilocaloria. Quando a palavra caloria vier com a inicial caloria em letra minúscula considera-se a representação de apenas uma caloria.
Um cal corresponde a energia térmica de 1ºC, que corresponde a 4,18 Joules, é unidade de medida de energia juntamente com o Joule que é outra unidade de medida de energia.

Joule 

Um Joule corresponde a um Newton, que corresponde a energia de trabalho de um corpo de 1 quilograma sendo movido pelo espaço de um metro durante um segundo.

Quilocaloria e Quilojoule

Uma quilocaloria (kcal) corresponde a 1000 calorias, um quilojoule (kJ) corresponde a 1000 vezes a unidade Joule, que em termos de energia significa 4180 J.

Questões

3) Um Joule corresponde a um Newton, que corresponde a energia de trabalho de um corpo de 1 quilograma sendo movido pelo espaço de um metro durante um segundo. Sabendo que é  necessário 4,18 Joules para se ter uma caloria, pergunta-se:

a quantos Joules correspondem 500 calorias?

a) 209,0 J 

b) 20,90 J

c) 20.900 J

d) 2.090 J 

e) 3.090 J 

4) Sabendo que 1 grama de açúcar de cana (sacarose) contém 16,093 kj de energia química, ao adoçar o seu café com uma colher de açúcar com 10 gramas desse açúcar o indivíduo estará ingerindo em calorias:

      

Poder Calórico de Alguns Alimentos 

              

5) O poder calórico do óleo de amendoim é de 8,84 Kcal por grama. Quanto representa esse valor em Joules?

6) O poder calórico do óleo da manteiga é de 7,20 Kcal por grama. Quanto representa esse valor em Joules?

a) Quantos Joules corresponde 1 cal?

b) Quantos Joules correspondem 2 cal?

 

Ou podemos resolver da seguinte forma:

           

Ou simplesmente:
 2      x    4,18    =     8,36

c) A quantos Joules correspondem 5 cal?

           

Ou simplesmente:
5   x   4,18 J   =   20,9 J  

Mol - Medida Padrão da Massa de Combustão

Mol é a medida padrão da massa de combustão usada nas entalpias das combustões. É de relevante importância saber que a unidade de medida da massa padrão que se usa para determinar a energia exotérmica e endotérmica das reações para qualquer substância é o mol.

 Álcool etanol - C2H5OH(l)  massa = 46 g = 1 mol.
Gás hidrogênio - H2(g)  = 2 g = 1 mol. 
Gás metano - CH4(g) = 16 g = 1 mol.
Gás butano - C4H10(g) = 58 g = 1 mol.
Gás propano - C3H8(g) = 44 g = 1 mol.
Gasolina isooctano – C8H18(l) = 114 g = 1 mol.
Benzeno - C6H6(l) - 78 g = 1 mol.
Glicose - C6H12O11(s) = 180 g = 1 mol.

7) Sabendo que  2 g de gás hidrogênio (H2(g))  que coincide com um mol desse gás, ao entrar em combustão, produz -241,8 kJ/mol. Quanto em mol representa 1,0 g desse gás e quanto produzirá como saldo de energia exotérmica em kcal 1,0 g desse gás?

Calculamos o número de mol.

Calculamos a energia produzida.

7) Sabendo que  2 g de gás hidrogênio (H2(g))  que coincide com um mol de gás, ao entrar em combustão, produz -241,8 kJ/mol. Quanto em mol representa 10,0 g desse gás e quanto produzirá como saldo de energia exotérmica em kcal 10,0 g desse gás?

Primeiramente transforme em mol esses valores que foi dado em gramas.

Calculamos o número de mol.

Calculamos a energia produzida.

Bomba Calorimétrica ou Calorímetro  

Bomba calorimétrica ou calorímetros, são aparelhos utilizados na determinação da quantidade de energia liberada ou absorvida numa combustão, ou transformação química. A análise das energias térmicas envolvidas, é feita num ambiente isolado sem nenhum contato com o meio externo, para que não haja contaminação  com outras substâncias que podem ser envolvidas no processo. 

Calorímetros

São aparelhos utilizados para medir as quantidades de calor absorvido ou liberado numa reação ou transformação físico-química.

Calor Recebido Pela Água

Calor Recebido pela água é o que provém, por exemplo; da queima do gás combustível de bujão o butano aquecendo uma panela de água, ou um bico de Bunsen aquecendo um béquer no laboratório.

Bico de Bunsen a gás butano (C4H10) aquecendo a água

O calor recebido = Qr

O calor cedido = Qc

                                         

Calor recebido pela água - Valores

1000 g de água a zero grau, recebendo 1 grau Celsius de aumento de temperatura, receberá 1000 ºC ou 1000 calorias (cal).

1 kg de água a zero grau, recebendo 5 graus Celsius de aumento de temperatura, receberá 5000 ºC ou 5000 calorias (cal).

1 kg de água a zero grau, recebendo  10 graus Celsius de aumento de temperatura, receberá 10 000 ºC ou 10 000 calorias (cal).

1 kg de água a zero grau, recebendo 25 graus Celsius de aumento de temperatura receberá 25 000 ºC ou 25 000 calorias (cal).

0,5 kg de água a zero grau, recebendo 50 graus Celsius de aumento de temperatura receberá 25 000 ºC ou 25 000 calorias (cal).

100 g de água a 10 ºC recebendo 80 ºC de aumento de temperatura, receberá 8000 ºC ou 8000 calorias  (cal).

Os Tipos de Calorímetros 

No mercado há uma variedade de aparelhos com essa função específica, como o modelo de uso manual; o C-200, ou o calorímetro E2K, calorímetro Cal2ECO, e muitos outros tipos, que são utilizados nos  centros de pesquisas avançados; (Universidades e centros de pesquisas científicas e laboratórios de empresas), que devem ser manipulados por pessoal altamente capacitado e qualificado, comprometidos com os  resultados, que se enquadrem nas normas internacionais.

Os materiais a serem analisados podem ser líquidos ou sólidos, orgânicos, assim como: alimentos; óleos comestíveis, pães, margarinas, arroz, feijão, milho, gorduras em geral, ração animal e combustíveis como álcool, gasolina, carvão, petróleo, madeira, etc.

Bomba Calorimétrica Compartimentos Essenciais da Bomba

A bomba calorimétrica constitui em um aparelho que possui um compartimento circundado por água, isolado, chamado de câmara de combustão onde se coloca o material a ser analisado pela combustão, juntamente com o oxigênio necessário. A ignição para a queima deve ser elétrica. Ao queimar o material o calor da queima liberado, da câmara de combustão, passa para a água elevando a sua temperatura e então é medido o quanto foi produzido de calor para a combustão total do material analisado.

Reações Endotérmicas e Exotérmicas   

Reações Exotérmicas

Reações exotérmicas são as reações químicas que liberam energia térmica. A energia produzida é liberada durante a reação química. O saldo da energia liberada sera dado com o sinal negativo.
   
Exemplos de Reações Que Liberam Energia Exotérmica

Combustão do Gás Hidrogênio

A combustão de um mol de  gás hidrogênio reage com meio mol de gás oxigênio, produzindo um mol de água.

H2(g)    +   ½ O2(g)   →    1 H2O(g)  com o saldo de energia térmica liberada de -241,8 kJ/mol

A combustão de um mol do gás metano com 2 mols de gás oxigênio, liberando um mol de gás carbônico, dois mols de água e energia térmica.

Combustão do Gás Metano.

1 CH4(g) + 2 O2(g) →1 CO2(g) + 2 H2O(g) com o saldo de energia de -889,5 kJ/mol.

Reação Ácido Base

A reação de um mol de hidróxido de sódio se combina com um mol de ácido clorídrico, produzindo um mol do sal cloreto de sódio, um mol de água e energia térmica.

1 NaOH(aq)  +  1 HCl (aq) reação  1 NaCl(aq)  +  1 H2O(l) com saldo de energia liberada de -57,8kJ.

Combustão do Carbono Grafite

C grafite   +   1 O (g)  →  1 CO2  +  -393,5 kJ/mol de saldo de energia liberada.

Combustão do Metanol 

1 CH3OH(l)     +    ³/2 O2(g)    →    1 CO2(g)    +     2 H2O(l)     +    -763,3 kJ/mol de saldo de energia liberada. 

Transformação da Hidroquinona em Quinona

A reação de transformação da hidroquinona aerosol químico, do besouro bombardeiro em quinona absorve energia térmica.  

   

C6H4(OH)2(aq)   +  H2O2(aq)  ►absorve calor► C6H4O2(aq)  + 2 H2O(l) 
com um saldo de energia térmica de -204,0 kJ/mol é exotérmica

                                        

Reações Endotérmicas  

        

Energia Endotérmica
                    

Reações endotérmicas são reações químicas que absorvem energia térmica. Nesse tipo de reação a energia dos produtos formados é maior do que a energia dos reagentes. Além disso em termoquímica essa energia armazenada é representada com o sinal positivo (+).

Vejamos Exemplos.

Um mol de água na forma gasosa, absorve calor para se decompor em um mol de gás hidrogênio e meio mol de gás oxigênio.

Observe a reação.

H2O(g)    ►absorve calor ►    H2(g)   +    ½ O2 (g) 

Produzindo Ferro Com Absorção de Energia

A reação de produção do ferro metálico no estado sólido absorve energia térmica. Sabendo que 1 mol de hematita reage com 3 mols de carbono grafite, produz dois mols de ferro metálico e três mols de monóxido de carbono com a absorção de 491,5 kJ/mol.

Observe a equação da reação abaixo.

 

Fe2O3(s)   +   3 Cgrafite  ►absorve calor► 2 Fe(s)   +   3 CO (g) com um saldo de +491,5 kJ.  

22) Como temos os dados e sabemos que que 1 mol de Fe2O3(s) necessita de 3 mols de Cgrafite para produzir 2 mols de ferro metálico, com a absorção de energia térmica de +491,1 kJ/mol. Quanto de energia térmica será produzida e absorvida com 0,5 mol de Fe2O3 (s)?

Na Produção de Ferro Metálico

Cálculos Reações Endotérmicas

a) Sabendo que 36 gramas de carbono grafite produz 112 gramas de ferro metálico, quanto de ferro produzirá 1,0 kg de carbono grafite? Calcule.

                      

b) Sabendo que 36 gramas de carbono grafite produz 112 gramas de ferro metálico, quanto de ferro produzirá 10,0 kg de carbono grafite? Calcule.

                    
c) Sabendo que 36 gramas de carbono grafite produz 112 gramas de ferro metálico, quanto de ferro produzirá 20,0 kg de carbono grafite? Calcule.

d) Sabendo que dois mols de ferro metálico produzido absorveu +491,5 kJ de calor, qual a energia endotérmica que será absorvida na produção de 3,1 kg de ferro metálico?

e) Sabendo que dois mols de ferro metálico produzido absorveu +491,5 kJ de calor, qual a energia endotérmica que será absorvida na produção de 31,1 kg de ferro metálico?

f) Sabendo que dois mols de ferro metálico produzido absorveu +491,5 kJ de calor, qual a energia endotérmica que será absorvida na produção de 62,2 kg de ferro metálico?

    

Formação do Benzeno

A reação de formação do benzeno na forma líquida absorve energia térmica. 

6 Cgrafite   +    3 H2(g)  ►absorve calor►C6H6(g) com um saldo de +83,0 kJ.

Formação do Nitrato de Amônio

Equação  

Bolsa Térmica Fria 

           

O nitrato de amônia com água reage produzindo íon amônia e nitrato com abaixamento da temperatura ambiente

NH3NO3(s)    +   H2O  --------->  NH4+(aq)     +    NO3-(aq) = +26,2 kj ou a mesma equação.

NH4NO3( s)  +  H2O   ►absorve calor►  NH4(aq)  +  NO3- saldo de energia térmica +26,2 kJ.

Questões

A combustão de um mol de  gás metano reage com dois mols de gás oxigênio, produzindo dois mols  de água e um mol de gás carbônico pela reação:

1 CH4(g)    +    2 O2(g)   →   1 CO2(g)   +  2 H2O(g) com o saldo de energia de -889,5 kJ/mol.

8) Sabendo-se que um mol de metano (CH4 (g)) reage com 2 mols de gás oxigênio (O2(g))  na combustão térmica, liberando -889,5 kJ/mol de energia térmica. Quanto liberará em quilocalorias de energia, 0,5 mol de metano (CH4 (g)), considerando as proporções ideais de gás oxigênio gasto nas combustões:

9) Como temos a afirmativa comprovada que um mol de metano (CH4 (g)) reage com 2 mols de gás oxigênio (O2(g))  na combustão térmica, liberando -889,5 kJ/mol de energia térmica. Quanto liberará em quilocalorias de energia, 2,5 mol de metano (CH4 (g)), considerando as proporções ideais de gás oxigênio gasto nas combustões:

A base alcalina, hidróxido de sódio (NaOH) em solução aquosa, reage fortemente com o ácido clorídrico (HCl), produzindo o sal cloreto de sódio (sal de cozinha) em solução aquosa e água no estado líquido, liberando -57,8 kJ/mol. Podemos observar a reação:

1 NaOH(aq)   +    1 HCl (aq) reação   1 NaCl(aq)   +   1H2O(l) com saldo de energia liberada de -57,8kJ

10) Sabendo que um mol de NaOH corresponde a 40,0 g da substância, reagindo com 36,5 g do ácido clorídrico que produz -57,8 kj/mol. Qual será o saldo de energia na reação físico química ao juntarmos 4,0 g de NaOH ou 0,1 mol, com 3,6 g de HCl ou 0,1 mol?

              

11) (Vunesp) Ozonizador é um aparelho vendido no comércio para ser utilizado no tratamento de água. Nesse aparelho é produzido ozônio (O3) a partir do oxigênio do ar (O2), que mata os microrganismos presentes na água. A reação de obtenção do ozônio a partir do oxigênio pode ser representada pela equação:

       

Com base nessa  equação, e considerando a partir do oxigênio a transformação de 1000 g de O2 (g) em O3 (g), qual é a quantidade de calor envolvida na reação?

Resolução

a) 2958,33 kj

b) 1479,16 kj

c) 739,58 kj

d) 369,79 kj

e) 184,90 kj

Calor Específico da Água

Calor específico é o calor latente por grama, que toda substância pura ou um elemento químico tem que é a sua própria característica.

O calor específico da água corresponde a 1ºC/g

Entalpia H
           

A entalpia é dada pelo simbolo H maiúsculo. É o calor total ou energia térmica de um sistema, ou o conteúdo de energia produzida por cada substância do sistema que sofre reação química.

Variação da Entalpia

A variação da entalpia tem como símbolo representativo o ΔH  (delta H), é a variação do calor produzido por uma reação química.

A variação da entalpia pode ser amplamente exemplificada.

Por exemplo.

Bolsa Térmica Quente

No mercado existem bolsas térmicas com conteúdo gelatinoso cujo componente químico principal reagente é o cloreto de cálcio (CaCl2) é utilizado como primeiros socorros  ou compressas quentes quando atletas sofrem acidentes, de uso tópico para aliviar a dor. O calor gerado na bolsa é produzido por uma entropia desordenada dos componentes.

A reação é a seguinte:

CaCl2(s)    +       H2O (l)  ---------->    Ca2+(aq)     + 2 Cl-(aq)  🔺H    = -82,8 Kj

Exercício

12) (Adaptado) O professor querendo saber sobre a produção de calor por uma substância, preparou um experimento para os seus alunos realizarem. A receita é a seguinte; adicionar 40 g de CaCl2 em 100 mL de água destilada a 20 ºC, em seguida os alunos deveriam medir a temperatura da água. Após a mistura, a temperatura da água medida foi de 90 ºC. Pergunta-se Qual a variação da temperatura (🔺H) e o calor recebido (Qr) pela água no experimento? 

Resolução

Calor recebido pela água

Calor Recebido e Calor Cedido

A quantidade de calor recebida pela água dada pela fórmula:

Qr = m . C. Δt

Calor Cedido Numa Reação Química

             

Calor cedido numa reação química é o calor produzido na reação de reagentes e passado ou liberado para o meio ambiente, ou seja; é o calor exotérmico ou exergônico.

Esse calor pode ser medido por um calorímetro.

O calor cedido numa reação química é dado pela fórmula:

     Qc = m . (C  +  k) . Δt

Qc = calor cedido.

m = massa envolvida na reação.

k = capacidade calorífica do calorímetro.

Δt = variação da temperatura.

Qc  =  Qr,  significa que a quantidade de calor cedido é a mesma quantidade de calor recebido.

Qr  =   1ºC    ou       Qr  =  10ºC

Qc  =  1ºC                Qc  =  10ºC

                                         Exercícios

13) (adaptado) Num calorímetro com determinada quantia de água, foi anotado que a água não mudou a sua temperatura. Então calcule quantas calorias recebeu 10,0 g de água sem variação da temperatura?

Dados: Qr = m . c .  ∆t

14) Quantas calorias recebem 10 gramas de água que varia 1,0 ºC?

Dados: Qr = m . c . 

15) Quantas calorias recebe 10,0 gramas de água para que a temperatura varie, de 1ºC para 10 ºC?

Dados: Qr = m . c .  ∆t

16) Dentro de um calorímetro de capacidade 20 cal/ºC existem 1000,0 g de água com a temperatura inicial de 25 ºC. Ao acontecer uma reação a temperatura final foi para 60ºC. No final calcular a massa da reação.

Calculando a massa da reação.

18) Dados: Qc = (m . K) .  ∆t

17) Quantas calorias são necessárias para elevar a massa de 1000 g de água 1ºC?

19) Queimando-se  20,0 g de um carvão obteve-se  um desprendimento de 140.000 calorias. Qual o teor de carbono nesse carvão, admitindo-se que as impurezas são incombustíveis? Dado: combustão do carbono 96000 cal/mol.

20) (FEI – SP) A oxidação de uma grama de gordura num organismo humano libera 9300 calorias. Se o nosso corpo possui 5300 gramas de sangue, quanto de gordura deve ser metabolizada para fornecer o calor necessário, para elevar a temperatura do sangue da temperatura ambiente, 25ºC até a temperatura do nosso corpo 37ºC?

                                                                                                Ricado feltre - Quim.Vol. 2, 6ª ed.SP 2004, p. 100.
Calor específico do sangue = calor específico da água.

21) (Enem 2018 prova amarela questão 100) Carro flex é uma realidade no Brasil. Estes veículos estão equipados com motor que tem a capacidade de funcionar com mais de um tipo de combustível. No entanto as pessoas que tem sesse tipo de veículo, na hora do abastecimento, tem sempre a dúvida: álcool ou gasolina? Para avaliar o consumo desses combustíveis, realizou-se um percurso com um veículo flex, consumindo 40 litros de gasolina e no percurso de volta utilizou-se etanol. Foi considerado o mesmo consumo de energia tanto no percurso de ida quanto no de volta.

O quadro resume alguns dados aproximados sobre esses combustíveis.

Resolução.

O volume de etanol combustível, em litro, consumido no percurso de volta é mais próximo de:

a) 27

b) 32

c) 37

d) 58

e) 67

                                 Entalpia

A entalpia é a energia térmica ou calor produzido durante uma transformação química. Pode se subdividir em; entalpia simplesmente, entalpia padrão e variações da entalpia.
Por exemplo; um foguete necessita de muita energia para ser arremessado na atmosfera, por isso; necessita de um combustível que não seja muito volumoso, mas muito energético, como é o caso da hidrazina (N2O4) com o tetróxido de dinitrogênio (N2O4) um dos combustíveis usados na propulsão de foguetes. A reação da entalpia ou liberação da energia térmica pode ser dado pela equação:

2 N2O4(l)      +    N2O4(l)      ---reação--->   3 N2(g)      +       4 H2O(g)
hidrazina             pentóxido de dinitrogênio                              gás nitrogênio                        água

Observa-se bem, que os produtos dessa reação não são gases poluentes.

Detectores de Movimento Pelo Calor Emitido Por um Corpo.

Diferentemente de objetos, móveis, equipamentos ou plantas, os animais e os seres humanos emitem muito mais energia na forma de calor, ou seja, energia quente, na forma de radiação eletromagnética de raios infravermelhos. Existem no mercado uma gama de aparelhos sensores que podem detectar os movimentos pelo calor, por meio de certa região de frequência, gerando uma tensão que pode ser ampliada para efeito de controle. Se um animal ou pessoa se aproxima do sensor, ele detecta a radiação emitida pelo seu corpo. 

Um outro tipo de sensor, é o termômetro sensor infravermelho digital de testa, para medição de temperatura, muito utilizado nessa época de pandemia.           

                              Exercícios Simplificados

Questões

1) Estuda as temperaturas ou o calor envolvido nas reações químicas.

a) termoquímica.

b) bioquímica.

c) eletroquímica.

d) eletricidade.

e) farmacodinâmica.

2) A física a define como a propriedade que um corpo, uma substância ou um sistema físico quando ativado têm de realizar trabalho. Pode significar também força que movimenta a matéria. Essa propriedade é a:

a) sinergia.

b) energia.

c) filosofia.

d) assinergia.

e) entropia.

3) Encontrado nas jazidas no subsolo e explorado industrialmente, são fontes geradoras de energia térmica o.

a) óleo diesel, parafina, carvão vegetal.

b) óleo mineral, óleo de mamona, álcool.

c) linhito, hulha, antracito.

d) lenha, petróleo, cimento.

e) carvão vegetal, hulha, antraceno.

4) É empregado na siderurgia, na metalurgia, nas usinas atômicas de produção de energia elétrica, na indústria de produção de açúcar de cana, nas refinarias de petróleo, na indústria cerâmica, na produção do cimento, da cal, da borracha, de plásticos em geral, no trabalho doméstico diário (na cozinha) e na indústria alimentícia em geral. 

a) energia mecânica.

b) força motriz.

c) força de tração.

d) energia térmica.

e) força expressiva.

5) Sabe-se que para produzir um quilograma de ferro, necessita-se de 0,91 kg de carvão. Considerando que um alto forno em atividade, tem a capacidade de produção de 4,0 x 104  kg de ferro de cada vez, qual é a quantidade de energia liberada na queima desse carvão, na preparação dessa quantidade de ferro, se cada quilograma de carvão produz 6800 Kcal?

Resolva Fazendo os cálculos.

 

6) Estuda as trocas de energia absorvida e liberada nas transformações químicas. Acompanha os fenômenos físicos químicos.

a) termoquímica.

b) termostato.

c) temperatura.

d) energia exotérmica.

e) termodinâmica.

7)  Insere-se no espectro da radiação infravermelha ou térmica. É parte de ondas eletromagnéticas que emitidas por um corpo que são absorvidas por outro corpo. Ainda pode provir da energia luminosa, energia elétrica ou mecânica.

a) frio.

b) calor.

c) ondas curtas.

d) radiações.

e) oscilações.

8) Corresponde a energia térmica de 1ºC, que corresponde a 4,18 Joules, é ainda a unidade de medida de energia juntamente com o Joule que é outra unidade de medida de energia. É ainda a unidade de medida de energia, cujo símbolo representativo é cal ou kcal.

a) Kelvin.

b) Fahrenheit.

c) Caloria.

d) Calorimetria.

e) Calorímetros.

9)  Está relacionado a caloria e corresponde a um Newton, que corresponde a energia de trabalho de um corpo de 1 quilograma sendo movido pelo espaço de um metro durante um segundo.

a) Joule.

b) Caloria. 

c) Entalpia.

d) Calorimetria.

e) Mol.

10) Corresponde a 1000 calorias e corresponde também a 1000 vezes a unidade Joule, que em termos de energia significa 4.180 J:

a) caloria e joule.

b) mol e molécula.

c) quilocaloria e quilojoule.

d) quilograma e tonelada.

e) quiloton e megaton. 

11) O poder calórico do óleo de amendoim é de 8,84 Kcal por grama. Quanto representa esse valor em Joules?

Resolver fazendo o cálculo.

12) O poder calórico do óleo da manteiga é de 7,20 Kcal por grama. Quanto representa esse valor em Joules?

Resolver fazendo o cálculo.

13) É a medida padrão da massa de combustão usada nas entalpias das combustões. É de relevante importância saber que a unidade de medida da massa padrão que se usa para determinar a energia exotérmica e endotérmica das reações para qualquer substância é:

a) termoquímica.

b) caloria.

c) joule.

d) quilocaloria.

e) mol.

14) Sabendo que  2 g de gás hidrogênio (H2(g))  que coincide com um mol desse gás, ao entrar em combustão, produz -241,8 kJ/mol. Quanto em mol representa 1,0 g desse gás e quanto produzirá como saldo de energia exotérmica em kcal 1,0 g desse gás?

Resolver fazendo o cálculo.

15) São aparelhos utilizados para medir as quantidades de calor absorvido ou liberado numa reação ou transformação físico-química.

a) luxímetro.

b) psicrômetro.

c) calorímetros.

d) peagâmetro.

e) anemômetros.

16) Um aparelho que possui um compartimento circundado por água, isolado, chamado de câmara de combustão onde se coloca o material a ser analisado pela combustão, juntamente com o oxigênio necessário. A ignição para a queima deve ser elétrica. Ao queimar o material o calor da queima liberado, da câmara de combustão, passa para a água elevando a sua temperatura e então é medido o quanto foi produzido de calor para a combustão total do material  analisado.

a) bomba atômica.

b) bomba hidráulica.

c) bomba sódio potássio.

d) bomba calorimétrica.

e) bomba de sucção.

17) São reações químicas que liberam energia térmica. A energia produzida é liberada durante a reação química. O saldo da energia liberada sera dado com o sinal negativo. Essas reações são:

a) atérmicas.

b) de adição.

c) de decomposição.

d) endotérmicas.

e) exotérmicas.

18) São reações químicas que absorvem energia térmica. Nesse tipo de reação a energia dos produtos formados é maior do que a energia dos reagentes. Além disso em termoquímica essa energia armazenada é representada com o sinal positivo (+)

a) endotérmicas.

b) exotérmicas.

c) adiabáticas.

d) atérmicas.

e) de dupla troca.

19) A Combustão do Gás Metano que libera energia térmica para o meio ambiente, representada pela equação abaixo é:

1 CH4(g) + 2 O2(g) →1 CO2(g) + 2 H2O(g) com o saldo de energia de -889,5 kJ/mol.

a) adiabática.

b) atérmica.

c) exotérmica.

d) endotérmica.

e) eletroquímica.

20) Observe logo  abaixo a representação da formação do nitrato de amônia. A formação do nitrato de amônio é um tipo de reação química que absorve energia. Essa reação é:

NH4NO3( s)  +  H2O   ►absorve calor►  NH4(aq)  +  NO3- saldo de energia térmica +26,2 kJ.

a) adiabática.

b) atérmica.

c) exotérmica.

d) endotérmica.

e) eletroquímica.

21) Como temos os dados e sabemos que que 1 mol de Fe2O3(s) necessita de 3 mols de Cgrafite para produzir 2 mols de ferro metálico, com a absorção de energia térmica de +491,1 kJ/mol. Quanto de energia térmica será produzida e absorvida com 0,5 mol de Fe2O3 (s)?

Resolver fazendo o cálculo.

22) Um termo usado na termoquímica que define a energia térmica ou calor produzido durante uma transformação química. Pode se subdividir em; entalpia simplesmente, entalpia padrão e variações da entalpia.

a) absorbância.

b) entalpia.

c) caloria.

d) calorímetro.

e) alotropia.

23) (FEI – SP) A oxidação de uma grama de gordura num organismo humano libera 9300 calorias. Se o nosso corpo possui 5300 gramas de sangue, quanto de gordura deve ser metabolizada para fornecer o calor necessário, para elevar a temperatura do sangue da temperatura ambiente, 25ºC até a temperatura do nosso corpo 37ºC?

Resolver fazendo o cálculo.

24) (Adaptado do Enem 2019) Diferentemente de objetos, móveis, equipamentos ou plantas, os animais e os seres humanos emitem muito mais energia na forma de calor, ou seja, energia quente, na forma de radiação eletromagnética. Existem no mercado uma gama de aparelhos sensores que podem detectar os movimentos pelo calor, por meio de certa região de frequência, gerando uma tensão que pode ser ampliada para efeito de controle. Se um animal ou pessoa se aproxima do sensor, ele detecta a radiação emitida pelo seu corpo.

A radiação captada por esse detector encontra-se na região de frequência:

a) da luz visível.

b) do ultravioleta.

c) do infravermelho.

d) das micro-ondas.

e) das ondas longas de rádio.

Para resolução das questões consultar o texto.

                                    Bibliografia

Geraldo Camargo de Carvalho - Química Moderna 2 - Fisicoquímica Química Inorgânica Descritiva. Ed. Scipione 2a edição, São Paulo - SP.

calorímetro didático - Sociedade Brasileira de Física
www.sbfisica.org.br/rbef/pdf/vol.17a15.pdf

João Usberco, Edgard Salvador - Química - Físico-química 1a edição Vol. 2, 1995. Editora Saraiva. São Paulo Brasil.

Exame Nacional Do Ensino Médio 1º Dia Caderno 1 Azul Prova De Ciências Humanas e Suas Tecnologias Prova De Ciências Da Natureza e Suas Tecnologias. Enem 2014.