O oxigênio e o hidrogênio combinam-se, em células de combustível, produzindo água líquida e gerando corrente elétrica. O trabalho elétrico máximo que essas células podem produzir é 237 kJ\pu{237 kJ} por mol de hidrogênio em 300 K.\pu{300 K}.

Assinale a alternativa que mais se aproxima da temperatura de ebulição da água nas condições do experimento.

Dados

  • ΔHf∘(HX2O,  g)=−242 kJmol\Delta H_\mathrm{f}^{\circ}(\ce{H2O,\,\text{g}}) = \pu{-242 kJ//mol}
  • Sm∘(OX2,  g)=205 JK ⋅ molS_\mathrm{m}^{\circ}(\ce{O2,\,\text{g}}) = \pu{205 J//K.mol}
  • Sm∘(HX2,  g)=131 JK ⋅ molS_\mathrm{m}^{\circ}(\ce{H2,\,\text{g}}) = \pu{131 J//K.mol}
  • Sm∘(HX2O,  l)=69,9 JK ⋅ molS_\mathrm{m}^{\circ}(\ce{H2O,\,\text{l}}) = \pu{69,9 J//K.mol}
  • Sm∘(HX2O,  g)=189 JK ⋅ molS_\mathrm{m}^{\circ}(\ce{H2O,\,\text{g}}) = \pu{189 J//K.mol}
Gabarito 3C.18

A reação da célula é a seguinte: HX2(g)+12 OX2(g)→HX2O(l)\ce{H2(g) + 1/2O2(g) -> H2O(l)} Cálculo da variação de entropia da reação: ΔS=∑produtosn⋅S−∑reagentesn⋅S\ce{\Delta S}=\sum\limits_\text{produtos}n \cdot \ce{S}-\sum\limits _\text{reagentes}n \cdot \ce{S} ΔS=1 ⋅ΔSXH2O (l)−(1 ⋅ΔSXH2−12ΔSXO2)\ce{\Delta S = 1\cdot \Delta S_{H_{2}O(l)} - (1\cdot\Delta S_{H_{2}} - \frac{1}{2}\Delta S_{O_{2}})} ΔS=1⋅69,9−(1⋅131−12⋅205)\ce{\Delta S}=1\cdot69,9-(1\cdot131- \frac{1}{2}\cdot205) ΔS=−163,6 J K−1 mol−1\ce{\Delta S}=\pu{-163,6 J K-1 mol-1} Cálculo da variação de entalpia da reação a partir da energia livre: ΔG=ΔH−TΔS\ce{\Delta G = \Delta H - T\Delta S} −237 kJ mol−1=ΔH−(300 K)(−163,6⋅10−3 kJ K−1 mol−1 )\pu{-237 kJ mol-1}=\ce{\Delta H}-(\pu{300 K})(\pu{-163,6e-3 kJ K-1 mol-1 }) ΔH=−286 kJ mol−1\ce{\Delta H}=\pu{\pu{-286 kJ mol-1}} A reação de vaporização é a seguinte: HX2O(l)→HX2O(g)\ce{H2O(l) -> H2O(g)} Cálculo da variação de entalpia: ΔH=−242−(−286)=44 kJ mol−1\ce{\Delta H}=-242-(-286)=\pu{44kJ mol-1} Cálculo da variação de entropia: ΔS=189−69,9=119,1 J K−1 mol−1\ce{\Delta S}=189-69,9=\pu{119,1 J K-1 mol-1} Cálculo da temperatura de ebulição da água ΔG=0\ce{\Delta G = 0} : 0=44000−T(119)0=44000-\ce{T}(119) T=369 K =96 ∘C\ce{T}=\pu{369 K }=\pu{96 °C}