Química – Ciscato, Pereira, Chemello e Proti
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- Tipo de gás Composição (% em massa) Massa molar (g/mol) Δ H °
- Reação que ocorre em B Conteúdo de D Conteúdo de E a)
- Exposição dos resultados
- Capítulo 3 As transformações químicas e a energia elétrica
- A invenção da pilha e a produção de alumínio por eletrólise Luigi Galvani, Alessandro Volta e a primeira pilha
- Produção de alumínio por eletrólise: consumo de energia elétrica e impacto ambiental
Página 109 Uma família resolveu rever suas despesas com gás e avaliou a substituição de gás liquefeito de petróleo (GLP) por gás natural (GN). A seguir, alguns dados sobre os dois tipos de combustível:
Considerando que o consumo médio mensal de GLP seja de 13 kg, determine a economia (em R$) anual que essa família irá fazer ao substituir o sistema GLP por GN. (Desconsiderar eventuais custos de instalação do GN.) a) R$ 72,00. b) R$ 154,00. c) R$ 288,00. d) R$ 432,00. e) R$ 576,00. 6 Entre os gráficos a seguir, qual representa uma reação em que reagentes se transformam em produtos em um processo endotérmico irreversível. 
Ilustrações: Adilson Secco 7 O Brasil, os Estados Unidos e alguns países europeus usam o etanol como combustível veicular. O infográfico a seguir mostra qual é o teor de etanol (E05, E10, E25, E85 e E100) presente em cada país. 
Fonte consultada: Revista Fapesp, n. 201, nov. 2012. Disponível em: Considerando as variações de entalpia de combustão do etanol (C2H6O – massa molar = 46 g/mol) e da gasolina (C8H18 – massa molar = 114 g/mol) iguais a −1.370 e −5.470 kJ/mol, respectivamente, desconsiderando a pequena diferença de densidade entre os combustíveis, é CORRETO afirmar que: a) a energia liberada em 1 L de E05 é menor que a energia liberada em 1 L de etanol. b) o aumento do teor de etanol adicionado à gasolina diminui o poder energético do combustível resultante quando comparado à gasolina pura. c) o valor energético, em mol, da gasolina corresponde a 25% do valor energético do etanol. d) 1 L de gasolina pura produz 70% da energia liberada por 1 L de etanol puro. e) todos os combustíveis citados, inclusive a gasolina, são misturas heterogêneas de hidrocarbonetos derivados do petróleo. 8 (Udesc) Considere as seguintes reações e suas variações de entalpia, em kJ/mol. CO(g) + H2(g) → C(s) + H2O(g) ΔH = −150 kJ/mol CO(g) + ΔH = −273 kJ/mol H2(g) + ΔH = −231 kJ/mol Pode-se afirmar que a variação de entalpia, para a combustão completa de 1 mol de C(s), formando CO2(g), é: a) −654 kJ/mol. b) −504 kJ/mol. c) +504 kJ/mol. d) +654 kJ/mol. e) −354 kJ/mol. Página 110 9 O besouro-bombardeiro (Brachynus crepitans) possui um mecanismo de defesa muito particular. Quando ameaçado, ele libera uma mistura quente e de odor desagradável que afugenta os possíveis predadores, como pássaros e aranhas. Esse besouro apresenta no abdome uma câmara na qual estão armazenadas as substâncias hidroquinona e peróxido de hidrogênio. Ao forçar a saída dessas substâncias, algumas enzimas aceleram a reação entre elas produzindo o esguicho malcheiroso que protege o besouro. A reação pode ser representada pela seguinte equação não balanceada: C6H4(OH)2(aq) + H2O2(aq) → C6H4O2(aq) + H2O(l) 
Reuters/Latinstock Besouro-bombardeiro (Brachynus crepitans). Esse inseto, que mede aproximadamente 1 cm, esguicha um líquido de seu abdome quando se sente ameaçado por algum predador. Além de quinona (C6H4O2) e água (H2O), a reação libera uma quantidade de energia na forma de calor suficiente para fazer a mistura atingir a ebulição. Um besouro-bombardeiro transporta no seu corpo uma quantidade de reagente suficiente para produzir até trinta descargas em sucessão rápida, cada uma delas com uma detonação audível. Com base nas informações apresentadas: a) Faça o balanceamento da reação da hidroquinona com peróxido de hidrogênio. b) Calcule a energia liberada na reação indicada no item a a partir das equações termoquímicas a seguir: I. C6H4(OH)2(aq) → C6H4O2(aq) + H2(g) ΔH° = + 177 kJ II. 2 H2O2(aq) → 2 H2O(l) + O2(g) ΔH° = −189,3 kJ III. 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) ΔH° = −572 kJ c) Admitindo que um besouro contenha 200 mg de hidroquinona em seu corpo, massa que é totalmente utilizada para produzir o conjunto de trinta descargas iguais, determine a quantidade máxima de energia, em J, liberada em cada uma das descargas. 10 Considere o gráfico de variação de entalpia a seguir. 
adilson secco Determine os valores de X, Y, Z e W. Página 111 11 (Mackenzie-SP) A hidrogenação do acetileno é efetuada pela reação desse gás com o gás hidrogênio, originando, nesse processo, o etano gasoso, como mostra a equação química abaixo. C2H2(g) + 2 H2(g) → C2H6(g) É possível determinar a variação de entalpia para esse processo, a partir de dados de outras equações termoquímicas, por meio da aplicação da Lei de Hess. C2H2(g) + C2H6(g) + H2(g) + Assim, usando as equações termoquímicas de combustão no estado padrão, é correto afirmar que a variação de entalpia para a hidrogenação de 1 mol de acetileno, nessas condições, é de
Sabendo que a transformação A → D tem ΔH = −70 kJ, determine o valor de y. Página 112 14 A seguir é mostrado o diagrama de variação de entalpia de várias transformações realizadas na mesma temperatura. 
adilson secco Com base nas informações apresentadas, determine: a) Energia da ligação O═ O em kJ/mol. b) Energia da ligação H–H em kJ/mol. c) Energia da ligação O–H em kJ/mol. 15 (Acafe-SC) Considere que a reação química abaixo possui um ΔH = −154 kJ/mol. 
Calcule a energia média em módulo da ligação C═ C presente na molécula do etileno. Transcreva em seu caderno a alternativa correta. [Para a resolução dessa questão considere as seguintes energias de ligação (valores médios): Cl–Cl: 243 kJ/mol, C–C: 347 kJ/mol, C–Cl: 331 kJ/mol.] a) 766 kJ/mol. b) 265 kJ/mol. c) 694 kJ/mol. d) 612 kJ/mol. 16 (Fuvest-SP) Buscando processos que permitam o desenvolvimento sustentável, cientistas imaginaram um procedimento no qual a energia solar seria utilizada para formar substâncias que, ao reagirem, liberariam energia: 
ilustrações: adilson secco Representação sem escala; cores fantasia. Considere as seguintes reações: I. 2 H2 + 2 CO → CH4 + CO2 II. CH4 + CO2 → 2 H2 + 2 CO e as energias médias de ligação: H–H: 4,4 ⋅102 kJ/mol; C≡O (CO): 10,8 ⋅ 102 kJ/mol; C═ O (CO2): 8,0 ⋅ 102 kJ/mol; C–H: 4,2 ⋅ 102 kJ/mol. A associação correta que ilustra tal processo é:
17 (Uespi) Os clorofluorcarbonos (CFCs) são usados extensivamente em aerossóis, ar-condicionado, refrigeradores e solventes de limpeza. Os dois principais tipos de CFCs são o triclorofluorometano (CFCl3) ou CFC-11 e diclorodifluorometano (CF2Cl2) ou CFC-12. O triclorofluorometano é usado em aerossóis, enquanto o diclorodifluorometano é tipicamente usado em refrigeradores. Determine o ΔH para a reação de formação do CF2Cl2: CH4(g) + 2 Cl2(g) + 2 F2(g) → CF2Cl2(g) + 2 HF(g) + 2 HCl(g) [Energia de ligação em kJ/mol: C–H (413); Cl–Cl (239); F–F (154); C–F (485); C–Cl (339); H–F (565); H–Cl (427).] a) −234 kJ. b) −597 kJ. c) −1.194 kJ. d) −2.388 kJ. e) −3.582 kJ. 18 (Fuvest-SP) Em cadeias carbônicas, dois átomos de carbono podem formar ligação simples (C–C), dupla (C═ C) ou tripla (C≡C). Considere que, para uma ligação simples, a distância média de ligação entre os dois átomos de carbono é de 0,154 nm, e a energia média de ligação é de 348 kJ/mol. Assim sendo, a distância média de ligação (d) e a energia média de ligação (E), associadas à ligação dupla (C═ C), devem ser, respectivamente, a) d < 0,154 nm e E > 348 kJ/mol. b) d < 0,154 nm e E < 348 kJ/mol. c) d = 0,154 nm e E = 348 kJ/mol. d) d > 0,154 nm e E < 348 kJ/mol. e) d > 0,154 nm e E > 348 kJ/mol. Página 113 Atividade em grupo
Construindo um biodigestor O tema “combustíveis” permeou todo este capítulo sobre termoquímica. Foram apresentados vários combustíveis e discutidos seus impactos ambientais, sua eficiência energética, sua viabilidade econômica, entre outros aspectos. Dentre esses combustíveis, escolheu-se o biogás para um trabalho de pesquisa interdisciplinar, o qual objetiva propiciar a aplicação dos conhecimentos adquiridos.
A sala deverá ser dividida em grupos de até quatro integrantes que deverão conduzir uma pesquisa em fontes variadas e confiáveis (como revistas, jornais, websites de universidades) procurando dados e informações que respondam às seguintes perguntas: a Que países se destacam pela utilização de biodigestores? Em que posição está o Brasil? b Que tipos de microrganismos estão envolvidos em um biodigestor? Quais são seus papéis no processo? c Quais são as diferenças fundamentais entre o biodigestor de batelada e o contínuo? d Que diferenças existem entre os biodigestores do tipo indiano e chinês? e Como ocorre a produção de energia elétrica a partir do biogás proveniente de um biodigestor? f Qual é o custo de produção de energia elétrica produzida a partir do biogás gerado pelo biodigestor quando comparado com outras fontes? g Que tipos de matéria orgânica apresentam maior eficiência na produção de biogás em um biodigestor? h O que são biofertilizantes? Quais são suas possíveis vantagens e desvantagens em relação aos fertilizantes tradicionais? Cada grupo pode ficar responsável por um tópico da pesquisa e apresentar o resultado para os demais colegas. A apresentação oral deve levar, no máximo, 10 minutos, e utilizar recursos audiovisuais, como vídeos, gráficos, tabelas, imagens, entre outros. Na semana seguinte à das apresentações dos tópicos da pesquisa, cada grupo deve propor um projeto de construção de um biodigestor caseiro. Esse projeto deverá conter: • Material necessário e seu custo. • Procedimento de montagem do biodigestor. • Cronograma de construção e de operação do equipamento. • Local onde o biodigestor será mantido. Após a entrega dos projetos e a escolha por parte dos professores coordenadores (banca examinadora) do melhor deles, os alunos darão início à produção do biodigestor conforme o projeto escolhido. Exposição dos resultados A turma deverá organizar na escola uma feira de ciências, evento que propiciará a exposição do projeto, além de trabalhos que tenham sido desenvolvidos por outros alunos ao longo do ano. O professor pode conduzir o experimento de demonstração de queima do biogás produzido pelo digestor, demonstrando que de fato houve a produção de metano, um gás inflamável. Página 114 Capítulo 3 As transformações químicas e a energia elétrica 
GuidoB/CC BY-SA 3.0/Wikimedia Foundation Inc. - Tempio Voltiano, COMO Protótipo da pilha construída por Alessandro Volta em 1800. Atualmente, está exposto no museu Tempio Voltiano, em Como, na Itália. Neste capítulo serão estudados os fenômenos relacionados ao funcionamento de pilhas e baterias, alguns processos eletroquímicos, mais especificamente os modelos submicroscópios que os explicam, e os impactos ambientais associados ao seu uso. Para isso, serão abordados os conceitos de oxidação, redução, número de oxidação, cátodo, ânodo, agentes oxidante e redutor, entre outros. Serão apresentadas as equações que representam esses fenômenos e, por fim, serão abordadas as relações proporcionais entre massa, quantidade de matéria e carga elétrica.
A eletricidade é um ramo das ciências da natureza que investiga fenômenos que ocorrem na presença de partículas com carga elétrica. Esses fenômenos sempre chamaram a atenção da humanidade. O termo “eletricidade” é derivado da palavra grega elektron, que significa âmbar, um tipo de resina vegetal. Há registros de que, por volta de 600 a.C., o filósofo Tales de Mileto (c. 624 a.C.-c. 546 a.C.) observou fenômenos elétricos com o âmbar: quando friccionado em um pedaço de lã de carneiro, por exemplo, esse material adquiria por alguns segundos a capacidade de atrair objetos de pequena massa. Entre os estudos relativos à eletricidade estão os do físico italiano Luigi Galvani (1737-1798). Em 1791, ele publicou a descrição dos fenômenos observados ao trabalhar com uma rã dissecada que estava sobre uma mesa de seu laboratório: ele notara que as pernas do animal se agitavam ao serem tocadas por metais, conforme mostram as ilustrações a seguir.
Ilustrações de alguns dos experimentos publicados pelo italiano Luigi Galvani em 1791 em seu trabalho De viribus electricitatis in motu musculari (O efeito da eletricidade no movimento muscular). Note que, na figura à esquerda, um arame de metal é colocado em contato com uma perna da rã, enquanto outro arame metálico, de composição diferente do primeiro, é conectado à sua espinha dorsal. Na figura à direita, as pernas e a espinha da rã são colocadas sobre placas de diferentes metais e conectadas por um arame também metálico. Em ambos os casos, Galvani observou a contração dos músculos das pernas da rã. Galvani acreditava que a rã tinha uma “força vital” inata que era responsável pela produção dessa “eletricidade animal”, que seria diferente das “eletricidades ” geradas natural (ex.: raio e peixe elétrico) e artificialmente (ex.: gerador eletrostático) já conhecidas na época. Ele testou diferentes arcos bimetálicos formados por vários pares de metais e, assim, obteve movimentos de intensidade variável, de acordo com o par metálico utilizado. Além disso, notou que materiais isolantes elétricos (ex.: madeira) não causavam nenhum efeito sobre a rã dissecada. Página 115 Outro físico italiano, Alessandro Volta (1745-1827), interessou-se pelas pesquisas de Galvani e analisou os resultados por ele obtidos. Volta, a princípio, confirmou os experimentos realizados por Galvani, mas aos poucos, com base em suas reflexões teóricas e experimentais, passou a discordar da interpretação que Galvani dava aos fenômenos, pois considerava que a rã atuava apenas como um meio para a condução de corrente elétrica. Após uma série de discussões com os estudiosos da época sobre a “eletricidade animal”, o físico alemão Alexander von Humboldt (1769-1859) conseguiu, por meio de experimentos, diferenciar a “eletricidade bimetálica” (produzida por um par de metais diferentes) e a eletrogênese animal, que mais tarde daria origem à eletrofisiologia – estudo das propriedades elétricas das células e dos tecidos. Humboldt mostrou com seus experimentos que a proposta de Galvani segundo a qual a contração muscular era produzida por estímulos elétricos estava correta, mas que ele estaria equivocado quanto à “eletricidade animal”. Entre os vários experimentos e tentativas de investigar os fenômenos elétricos gerados usando metais diferentes, Volta percebeu a geração de uma corrente elétrica ao colocar uma lâmina de prata em contato com uma lâmina de zinco. Assim, teve a ideia de empilhar, de modo intercalado, alguns discos de zinco e prata, separados por um pano ou papel embebido em solução aquosa salina. Volta havia criado a primeira pilha eletroquímica (cujo protótipo é a imagem de abertura do capítulo), ou seja, um dispositivo capaz de produzir energia elétrica a partir de determinadas reações químicas. A pilha é também chamada de célula galvânica em homenagem a Galvani por suas importantes contribuições ao estudo da eletricidade. As pilhas e baterias atuais: usos, descartes e problemas associados O uso de pilhas e baterias tornou-se bastante corriqueiro na atualidade, e uma conse quência disso é a geração de resíduos oriundos desses dispositivos contendo, em geral, substâncias tóxicas. No Brasil, o descarte de pilhas e baterias é regulamentado pela Resolução 401 do Conama (Conselho Nacional do Meio Ambiente) de 2008, que revoga a Resolução 257 do Conama de 1999 e é reforçada pela Política Nacional de Resíduos de 2010. Essa resolução estabelece que a responsabilidade por recolher, reciclar ou encaminhar adequadamente as pilhas e baterias usadas contendo chumbo (Pb), cádmio (Cd) e mercúrio (Hg) em sua composição é do fabricante. Por isso, o consumidor deve procurar os estabelecimentos que as comercializam ou a rede de assistência técnica autorizada pelas respectivas indústrias para que os resíduos sejam repassados aos fabricantes ou importadores. Antes dessas resoluções, pilhas e baterias usadas eram descartadas no lixo comum. A preocupação com a regulamentação do descarte surgiu em razão dos impactos ambientais que os elementos com alto potencial tóxico (Hg, Pb, Cd, entre outros) desses dispositivos podem causar. Por serem biocumulativos (pois o organismo os absorve e os retém), a contaminação da água e do solo por esses metais não biodegradáveis pode trazer sérias consequências à saúde, como perda de memória, insuficiência renal crônica, inflamação nos pulmões, insuficiência cardíaca, distúrbios digestivos e danos nas articulações. Por isso, não se deve descartar esses dispositivos no lixo comum. A resolução do Conama de 2008 também estabeleceu os limites máximos de chumbo, cádmio e mercúrio em determinadas pilhas e baterias. Desde julho de 2009, é obrigatório, por exemplo, que elas contenham no máximo 0,1% em massa de chumbo. Além das resoluções, outras medidas vêm sendo tomadas a fim de reduzir a poluição por esses metais. De acordo com o Conama, só seria possível descartar as pilhas usadas em lixo comum se houvesse o manejo sustentável dos aterros sanitários brasileiros. No entanto, no Brasil, somente cerca de 10% desses aterros são adequadamente manejados. Exemplos de medidas que estão sendo tomadas são o desenvolvimento de métodos que possibilitem a reciclagem de alguns tipos de pilhas e a implementação dos pontos de coleta em cidades por todo o Brasil. 
ADILSON SECCO Símbolo utilizado em pilhas e baterias que orientam o consumidor a, depois de usá-las, não descartá-las no lixo comum. Página 116 Produção de alumínio por eletrólise: consumo de energia elétrica e impacto ambiental As reações químicas associadas a corrente elétrica também são importantes na produção de alumínio – metal utilizado na produção de utensílios como panelas, latas e papel-alumínio. Embora hoje esse metal seja comum, ele já foi tão raro e precioso que era exibido ao lado de joias e empregado como substituto do ouro em talheres no século XIX. Porém, com o barateamento da eletricidade e as modificações em seu processo de obtenção, o preço desse metal foi diminuindo gradativamente. O alumínio é obtido principalmente da bauxita, um mineral que é extraído de depósitos naturais e passa por um processo de purificação que separa as impurezas do óxido de alumínio (Al2O3), chamado usualmente de alumina. Por fim, a alumina é convertida em alumínio metálico com aplicação de corrente elétrica – por meio de um fenômeno denominado eletrólise. A produção de alumínio requer grandes quantidades de energia elétrica. Uma das unidades de medida utilizada para quantificar a energia elétrica é o kWh (quilowatt-hora), a mesma usada para a aferição do consumo de energia elétrica domiciliar. Para efeitos de comparação, a quantidade de energia consumida na produção de 1 t de alumínio (14.000 kWh) é aproximadamente a mesma que a energia elétrica necessária para manter ligados 30 mil televisores de determinado modelo durante uma hora. Boa parte do alumínio produzido serve para a produção de latas para bebidas, cuja venda vem em um ininterrupto crescimento desde 2005, como se pode observar no gráfico a seguir.
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O2(g) → CO2(g)
O2(g) → 2 CO2(g) + H2O(l) ΔH°C= −1.301 kJ/mol
O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(l) ΔH°C= −1.561 kJ/mol
