Exercícios sobre entalpia (com gabarito explicado)
A entalpia é um dos conceitos centrais da Termoquímica, importante para entender transformações energéticas em reações químicas e processos físicos. Neste exercício no estilo ENEM, você poderá testar seus conhecimentos sobre variação de entalpia, calor de combustão, calorimetria e muito mais. Resolva, confira os gabaritos comentados e aprofunde seu aprendizado de forma prática!
Questão 1
Imagine que você está em um laboratório de química realizando um experimento para entender melhor os conceitos de calorimetria e entalpia. O objetivo é misturar duas massas de água a diferentes temperaturas e observar como o calor é trocado entre elas até que atinjam o equilíbrio térmico. Esse tipo de experimento é fundamental para compreender como a energia térmica se comporta em sistemas fechados e isolados, e como isso se relaciona com a variação de entalpia.
Você adicionou 50 g de água a 25 °C a um recipiente térmico isolado contendo 100 g de água a 80 °C.
Considerando que o calor específico da água é 4,18 J/(g°C) e desprezando as perdas de calor para o ambiente, qual é a variação de entalpia do sistema formado pelas duas massas de água após o equilíbrio térmico ser alcançado?
a) −2.090 J
b) 0 J
c) +2.090 J
d) - 7650 J
Resposta correta: alternativa d) - 7650 J
A entalpia (ΔH) é calculada em processos isobáricos (processos a pressão constante) pela fórmula:
ΔH = Q
onde Q é o calor trocado no processo. Como o sistema é isolado, o calor perdido pela água quente é igual ao calor recebido pela água fria.
O calor trocado (Q) é determinado pela equação:
Q = m ⋅ c ⋅ ΔT
Para a água quente onde mquente = 100 g e To = 80 °C, temos:
Qquente = 100 ⋅ 4,18 ⋅ (Tf − 80)
Para a água fria onde mfria = 50 g e To = 25 °C, temos:
Qfria = 50 ⋅ 4,18 ⋅ (Tf − 25)
Como o calor perdido pela água quente é igual ao calor ganho pela água fria, ficamos com:
100 ⋅ 4,18 ⋅ (Tf − 80) = − 50 ⋅ 4,18 ⋅ (Tf − 25)
100 ⋅ (Tf − 80) = − 50 ⋅ (Tf − 25)
100 Tf − 8000 = − 50 Tf + 1250
150 Tf = 9250
Tf ≈ 61,67 °C
Vamos agora usar a temperatura final do sistema para calcular o calor trocado (Q). Vamos calcular usando a água quente:
Q = 100 ⋅ 4,18 ⋅ (61,67 − 80)
Q = 100 ⋅ 4,18 ⋅ (−18,33) ≈ −7650 J
Como a variação de entalpia (ΔH) do sistema é igual ao calor trocado, temos:
ΔH = −7650 J
Portanto, a variação de entalpia do sistema é aproximadamente −7650 J.
Questão 2
Nos laboratórios de ensino médio, é comum realizar experimentos que envolvem a medição de calor transferido em reações químicas para entender melhor o conceito de entalpia. Considere que um aluno está medindo a variação de temperatura em uma solução durante uma reação exotérmica em um calorímetro simples. O aluno dissolve 1 mol de uma substância em 1 litro de água, e observa que a temperatura da água aumenta de 25 °C para 30 °C.
Sabendo que a capacidade calorífica específica da água é 4,18 J/g°C e considerando a densidade da água como 1 g/mL, qual é a variação de entalpia (ΔH) por mol de substância dissolvida?
Dados:
Capacidade calorífica específica da água: 4,18 J/g°C
Densidade da água: 1 g/mL
a) −20,9 kJ/mol
b) −25,1 kJ/mol
c) −18,8 kJ/mol
d) −23,5 kJ/mol
Resposta correta: alternativa a) - 20,9 kJ/mol
Primeiro vamos calcular o calor (Q) absorvido pela água, usando:
Q = m ⋅ c ⋅ ΔT
Pelo enunciado temos:
m = 1000 g em 1 L de água, pois a densidade da água é 1 g/mL
c = 4,18 J/g°C
ΔT = 30 − 25 = 5°C
Substituindo na equação, ficamos com:
Q = 1000 . 4,18 . 5 = 20900 J
Escrevendo em kJ, ficamos com:
20900 J = 20,9 kJ
Agora vamos calcular a variação de entalpia por mol ou ΔH por mol:
Como a reação é exotérmica, ΔH será negativo:
ΔH = − Q = −20,9 kJ/mol
A variação de entalpia por mol de substância dissolvida é - 20,9 kJ/mol.
Questão 3
O biodiesel é um biocombustível produzido a partir de fontes renováveis como óleos vegetais e gorduras animais. Sua utilização é incentivada por ser uma alternativa menos poluente comparada ao diesel convencional.
O biodiesel possui uma densidade de 0,88 g/cm³ e libera aproximadamente −2500 kJ/mol durante sua combustão. Um carro equipado para rodar com biodiesel tem um rendimento de 15 km/L em rodovias.
Calcule a energia consumida para que um carro movido a biodiesel percorra 300 km em condição de máximo rendimento. Considere a massa molar do biodiesel como 292 g/mol.
a) 150,675 kJ
b) −150,675 kJ
c) 150675 kJ
d) −150675 kJ
Resposta correta: alternativa d) −150675 kJ
Primeiro vamos calcular o volume de biodiesel consumido. O enunciado trouxe os seguintes dados:
Rendimento = 15 km/L
Distância=300 km
O volume consumido pode ser determinado por uma regra de três:
Ou seja, o carro consome 20 L para percorrer 300 km.
Vamos agora calcular a massa de biodiesel consumida. Primeiro vamos passar 20 L para mL:
Vconsumido = 20 L = 20 . 1000 mL = 20000 mL
Vamos determinar a massa do biodisel utilizada, usando a densidade dada no enunciado de 0,88 g/cm³. Lembre que
massa = densidade . volume
massa = 0,88 . 20000 = 17600 g
Tendo a massa consumida podemos determinar o número de mols de biodiesel, pois o enunciado trouxe massa molar 292 g/mol. Usamos uma regra de três:
Ou seja, para percorrer 300 km foram consumidos 60,27 mols de biodisel.
Agora vamos calcular a energia total consumida, usando uma regra de três e o dado do enunciado que diz que o biodisel libera −2,500 kJ/mol durante sua combustão. Temos:
Então a variação de entalpia total é de aproximadamente −150675 kJ
Questão 4
Durante a queima de combustível em um motor, a energia química armazenada é convertida em várias formas, incluindo calor e trabalho. Considere que um motor utiliza etanol (C2H5OH) como combustível, com uma entalpia de combustão de −1300 kJ/mol.
Em um teste, 2 moles de etanol são queimados, liberando calor. Apenas 30% dessa energia é convertida em trabalho útil para mover o veículo, enquanto o restante é dissipado como calor.
Qual é o trabalho útil realizado pelo motor?
a) 520 kJ
b) 1040 kJ
c) 780 kJ
d) 860 kJ
Resposta correta: alternativa c) 780 kJ
Vamos primeiro calcular a energia total liberada na queima do etanol:
ΔHtotal = n . ΔHcombustão
ΔHtotal = 2 . (−1300 kJ/mol) = −2600 kJ
Sabendo a energia totalliberada podemos determinar o trabalho útil realizado, usando 30% da energia total. Primeiro lembre que 30% = 30/100 = 0,3. Temos:
Trabalho útil = 0,30 . 2600 = 780 kJ
Questão 5
O uso de combustíveis fósseis como a gasolina contribui significativamente para a emissão de gases de efeito estufa, que intensificam o aquecimento global. A combustão da gasolina (C₈H₁₈) em um motor de automóvel libera dióxido de carbono (CO₂), um dos principais gases de efeito estufa.
A entalpia de combustão da gasolina é − 5100 kJ/mol, e cada mol de gasolina formar 8 mols de CO₂.
Considere que um veículo consome 50 mols de gasolina em uma viagem. Quantos kJ de energia são liberados, e qual é a quantidade de CO₂ emitida nessa viagem?
a) 255.000 kJ e 350 mols de CO₂
b) 260.000 kJ e 400 mols de CO₂
c) 255.000 kJ e 400 mols de CO₂
d) 250.000 kJ e 350 mols de CO₂
Resposta correta: alternativa c) 255.000 kJ e 400 mols de CO₂
Vamos calcular primeiro a energia total liberada na queima da gasolina. O enunciado trouxe que a entalpia de combustão da gasolina é − 5100 kJ/mol. Fazendo uma regra de três:
Sabendo a energia total liberada na combustão, podemos calcular a quantidade de CO₂ liberada:
Portanto, a energia liberada e a quantidade de CO₂ emitida são, respectivamente, 255.000 kJ e 400 mols de CO₂
Questão 6
O etanol (C2H5OH) e a gasolina (C8H18) são usados como combustíveis para automóveis. A entalpia de combustão do etanol é −1.300 kJ/mol, enquanto a da gasolina é −5.100 kJ/mol. Considere que, em uma viagem, um carro movido a etanol consome 3 moles de etanol, enquanto que um carro movido a gasolina consome 1 mole de gasolina.
Qual é a diferença na energia total liberada entre os dois combustíveis nessa viagem?
a) 3.900 kJ
b) 1.200 kJ
c) 5.100 kJ
d) 9.000 kJ
Resposta correta: alternativa b) 1.200 kJ
Vamos primeiro calcular a energia total liberada pelo etanol. O enunciado trouxe que sua entalpia de combustão do etanol é −1.300 kJ/mol. Como são consumidos 3 mols durante a viagem, temos:
ΔHtotal,etanol = 3 . (−1.300 kJ/mol) = − 3.900 kJ
Agora vamos calcular a energia total liberada pela gasolina. Sabendo que sua entalpia de combustão é igual a −5.100 kJ/mol e que é consumido 1 mol durante a viagem, temos:
ΔHtotal,gasolina = 1 . (−5.100 kJ/mol) = −5.100 kJ
O enunciado pede a diferença na energia liberada. Então:
ΔHdiferença = ∣ ΔHtotal,etanol − ΔHtotal,gasolina ∣ = ∣ −3.900 − (−5.100)∣ = 1.200 kJ
Portanto, a diferença na energia total liberada é 1.200 kJ
Questão 7
Considere a combustão de combustíveis de modo geral, analisando o conceito de entalpia e seus impactos físicos. Avalie as afirmações a seguir sobre calor e energia:
I. A entalpia de combustão é uma medida da quantidade total de calor liberado por um combustível quando ele queima completamente em condições padrão.
II. A eficiência de um motor é diretamente proporcional à entalpia de combustão do combustível.
III. Toda a energia liberada pela combustão de um combustível é transformada em trabalho útil em um motor de combustão interna.
Classifique as afirmações como verdadeiras ou falsas e marque a alternativa correta.
a) V, V, V
b) V, F, F
c) F, V, V
d) F, F, F
Resposta correta: alternativa b) V, F, F
A Frase I diz que a entalpia de combustão é uma medida da quantidade total de calor liberado por um combustível quando ele queima completamente em condições padrão.
Verdadeiro. A entalpia de combustão representa o calor liberado na queima completa de 1 mol de combustível.
A Frase II traz que a eficiência de um motor é diretamente proporcional à entalpia de combustão do combustível.
Falso, pois a eficiência depende de diversos fatores, incluindo o design do motor e a proporção de energia convertida em trabalho útil, não apenas da entalpia de combustão. Lembre que o motor perde energia na forma de calor.
A Frase III traz que toda a energia liberada pela combustão de um combustível é transformada em trabalho útil em um motor de combustão interna.
Falso. Parte da energia é dissipada como calor e não é convertida em trabalho útil, reduzindo a eficiência.
Continue praticando: Exercícios sobre entalpia de formação (com questões respondidas e explicadas)
Exercícios sobre entalpia (com gabarito explicado). Toda Matéria, [s.d.]. Disponível em: https://www.todamateria.com.br/exercicios-sobre-entalpia/. Acesso em:
