Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Piauí 2022
O gás acetileno, C2H2 , é instável, incolor, altamente combustível e produz uma chama de elevada temperatura (mais de 3000 °C ou 5400 °F) na presença de oxigênio, por isso é usado nos maçaricos de solda. Possui um cheiro muito agradável quando na forma pura, porém, por conta de impurezas que o acompanham, pode apresentar odor desagradável. As suas principais matérias-primas são o calcário e a hulha. Uma das formas de obtenção do acetileno é através da reação que ocorre quando a água entra em contato com o carbeto de cálcio, CaC2 , conforme reação (1):
(1): CaC2(s) + 2H2O(ℓ) → Ca(OH)2(s) + C2H2(g) \(\bigtriangleup \)H0= - 126 KJ
São dadas ainda as equações termodinâmicas (2), (3), (4) e (5):
(2): CaO(s) + H2O(ℓ) → Ca(OH)2(s) \(\bigtriangleup \) H0= - 65KJ
(3): CaO(s) + 3C(s) → CaC2(s) + CO (g) \(\bigtriangleup \) H0 = +462KJ
(4): 2C(s) + O2(g) → 2CO(g) \(\bigtriangleup \) H0 = - 221 KJ
(5): 2H2O(ℓ) → 2H2(g) + O2(g) \(\bigtriangleup \) H0 = +572KJ
Tomando-as como base, assinale a alternativa que contém corretamente a reação de formação e o ∆Hf⁰ para o acetileno.
2C(s) + H2(g) → C2H2(g) ∆Hf⁰ = - 336KJ
2C(s) + H2(g) → C2H2(g) ∆Hf⁰ = - 60,5KJ
2C(s) + H2(g) → C2H2(g) ∆Hf⁰ = + 336KJ
1C(s) + 1/2H2(g) → 1/2C2H2(g) ∆Hf⁰ = - 225,5KJ
2C(s) + H2(g) → C2H2(g) ∆Hf⁰ = + 225,5 KJ
Resolução
Solução passo a passo (Lei de Hess)
- Equações fornecidas
\[ \begin{aligned} (1)&:\;\mathrm{CaC_2(s)+2\,H_2O(\ell)\;\to\;Ca(OH)_2(s)+C_2H_2(g)} &&\;\Delta H^0=-126\;\text{kJ}\\[2pt] (2)&:\;\mathrm{CaO(s)+H_2O(\ell)\;\to\;Ca(OH)_2(s)} &&\;\Delta H^0=-65\;\text{kJ}\\[2pt] (3)&:\;\mathrm{CaO(s)+3C(s)\;\to\;CaC_2(s)+CO(g)} &&\;\Delta H^0=+462\;\text{kJ}\\[2pt] (4)&:\;\mathrm{2C(s)+O_2(g)\;\to\;2CO(g)} &&\;\Delta H^0=-221\;\text{kJ}\\[2pt] (5)&:\;\mathrm{2H_2O(\ell)\;\to\;2H_2(g)+O_2(g)} &&\;\Delta H^0=+572\;\text{kJ} \end{aligned} \] - Passo 1 – Eliminar \(Ca(OH)_2\)
Inverte-se (2) e soma-se a (1):
\[\mathrm{CaC_2+H_2O\;\to\;CaO+C_2H_2}\] \(\Delta H=-61\;\text{kJ}\) - Passo 2 – Eliminar \(CaC_2\) e \(CaO\)
Soma-se a equação obtida ao (3):
\[\mathrm{3C+H_2O\;\to\;CO+C_2H_2}\] \(\Delta H=+401\;\text{kJ}\) - Passo 3 – Eliminar \(CO\)
Usa-se a metade invertida de (4): \(\mathrm{CO\;\to\;C+\tfrac12O_2}\), \(\Delta H=+110{,}5\;\text{kJ}\).
Resultado:
\[\mathrm{2C+H_2O\;\to\;C_2H_2+\tfrac12O_2}\] \(\Delta H=+511{,}5\;\text{kJ}\) - Passo 4 – Substituir \(H_2O\) por \(H_2\)
Emprega-se metade invertida de (5): \(\mathrm{H_2+\tfrac12O_2\;\to\;H_2O}\), \(\Delta H=-286\;\text{kJ}\).
Somando, obtém-se a reação de formação:
\[\boxed{\mathrm{2C(s)+H_2(g)\;\to\;C_2H_2(g)}}\]
\[\boxed{\Delta H_f^{0}=+225{,}5\;\text{kJ}}\]
Logo, a alternativa correta é E.
Dicas
Erros Comuns
- Entalpia padrão de formação (\(\Delta H_f^{0}\)): variação de entalpia na formação de 1 mol de composto a partir de elementos em seus estados padrão.
- Lei de Hess: a variação de entalpia depende apenas dos estados inicial e final. Podemos somar, subtrair ou multiplicar equações químicas, somando as respectivas entalpias.
- Manipulação de equações:
• Inverter a equação → mudar o sinal de \(\Delta H\).
• Multiplicar/dividir a equação → multiplicar/dividir \(\Delta H\) pelo mesmo fator.
