O gás hidrogênio é considerado um ótimo combustível — o único produto da combustão desse gás é o vapor de água, como mostrado na equação química.
Um cilindro contém 1 kg de hidrogênio e todo esse gás foi queimado. Nessa reação, são rompidas e formadas ligações químicas que envolvem as energias listadas no quadro.
Qual é a variação da entalpia, em quilojoule, da reação de combustão do hidrogênio contido no cilindro?
A) −242 000
B) −121 000
C) −2 500
D) +110 500
E) +234 000
Resolução em Texto
📚 Matérias Necessárias para a Solução
Termoquímica – Energia de ligação e variação de entalpia (ΔH)
🔢 Nível da Questão
🔹Médio, pois exige conhecimento da fórmula de ΔH com energia de ligação, boa interpretação de reação química balanceada e domínio de regra de três.
✅ Gabarito
- Alternativa B) –121 000 kJ
📝 Resolução Passo a Passo
🔍 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
O enunciado apresenta a equação da combustão do gás hidrogênio, onde o produto final é vapor d’água:
2 H₂ (g) + O₂ (g) → 2 H₂O (g)
Sabemos que:
- A combustão envolve quebra de ligações nos reagentes e formação de ligações nos produtos
- O cilindro contém 1 kg de H₂
- Queremos calcular a variação total da entalpia (ΔH) liberada na queima desse hidrogênio
🎯 Objetivo:
Calcular a variação de entalpia total da combustão de 1 kg de hidrogênio, usando a energia das ligações.
📖 Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários
🧪 1. Energia de ligação e entalpia
- Para romper ligações → absorve-se energia → processo endotérmico (positivo)
- Para formar ligações → libera-se energia → processo exotérmico (negativo)
A fórmula da variação de entalpia usando energia de ligação é:
ΔH = Energia das ligações rompidas – Energia das ligações formadas
📦 2. Massa molar e regra de três
- H₂ tem massa molar de 2 g/mol
- A equação mostra que 2 mols de H₂ (4 g) liberam 484 kJ
- Com isso, podemos usar regra de três para calcular a energia total liberada por 1 kg (1000 g)
🧠 Passo 3: Interpretação e Tradução do Texto
A equação química nos mostra:
2 H₂ + O₂ → 2 H₂O
Cada molécula de H₂O tem 2 ligações O–H, e são 2 moléculas
→ Total de 4 ligações O–H (463 kJ/mol cada) espécies por isolamento geográfico
Nos reagentes:
- 2 ligações H–H (cada uma com 437 kJ/mol)
- 1 ligação O=O (494 kJ/mol)
Nos produtos:
- Cada molécula de H₂O tem 2 ligações O–H, e são 2 moléculas
→ Total de 4 ligações O–H (463 kJ/mol cada)
🧾Passo 4: Desenvolvimento de Raciocínio e Cálculos
1️⃣ Energia das ligações rompidas (reagentes)
- 2 mols de H–H → 2 × 437 = 874 kJ
- 1 mol de O=O → 494 kJ
Total dos reagentes = 874 + 494 = 1368 kJ
2️⃣ Energia das ligações formadas (produtos)
- 4 ligações O–H → 4 × 463 = 1852 kJ
Como a formação libera energia, esse valor entra como negativo:
ΔH = 1368 – 1852 = –484 kJ
➡️ ΔH da reação padrão (para 4 g de H₂) = –484 kJ
3️⃣ Regra de três para 1 kg de H₂
Se 4 g → –484 kJ
Então 1000 g → x
x = (1000 × –484) / 4 = –121 000 kJ
🧪 Passo 5: Análise das Alternativas
A) –242 000 kJ
❌ Seria o dobro do valor correto (erro comum ao usar 8 g como base)
✅ B) –121 000 kJ
✔️ Corretíssima! Valor calculado com base em 1 kg = 1000 g de H₂
C) –2 500 kJ
❌ Muito abaixo. Desconsidera o fator de escala de massa.
D) +110 500 kJ
❌ Positivo? Não faz sentido, a reação é exotérmica.
E) +234 000 kJ
❌ Além de estar em módulo incorreto, também tem o sinal errado
🧷 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
A combustão de hidrogênio é um processo exotérmico que envolve a quebra de ligações H–H e O=O e formação de ligações O–H nas moléculas de água.
Calculando a energia envolvida na queima de 1 kg de H₂, encontramos uma variação de entalpia igual a –121 000 kJ, conforme os dados fornecidos na tabela de ligações.
✅ Gabarito: B) –121 000 kJ
