Quando o carbonato de cálcio é aquecido ocorre a reação: CaCOX3(s)⇌CaO(s)+COX2(g) \ce{ CaCO3(s) <=> CaO(s) + CO2(g) } A constante de equilíbrio dessa reação pode ser calculada entre 850 °C\pu{850 \degree C} e 950 °C\pu{950 \degree C} pela relação: ln⁡K=7,3−8500T/K \ln K = \pu{7,3} - \dfrac{ \pu{8500} }{ T/\pu{K} }

  1. Determine a temperatura necessária para a decomposição de todo o carbonato de cálcio em uma amostra sob 1 atm\pu{1 atm}.

  2. Determine a entalpia padrão de reação.

  3. Determine a entropia padrão de reação.

Gabarito
Gabarito

Para a reação heterogênea, K=PCOX2K = P_{\ce{CO2}}. As grandezas termodinâmicas são extraídas por comparação da relação empírica com a forma linearizada da equação de van’t Hoff.

Etapa 1.(a) Determine a temperatura para a decomposição completa sob 1 atm\pu{1 atm}.

Para que todo o CaCOX3\ce{CaCO3} se decomponha sob 1 atm\pu{1 atm}, é necessário que PCOX2≥1 atm≈1 barP_{\ce{CO2}} \geq \pu{1 atm} \approx \pu{1 bar}, ou seja, K≥1K \geq 1. A temperatura mínima corresponde a K=1K = 1:

ln⁡1=0=7,3−8500T  ⟹  T=85007,3=1164 K≈1160 K \ln 1 = 0 = \pu{7,3} - \dfrac{\pu{8500}}{T} \implies T = \dfrac{\pu{8500}}{\pu{7,3}} = \pu{1164 K} \approx \boxed{ \pu{1160 K} }

Etapa 2.(b) Determine a entalpia padrão de reação.

A forma linearizada da equação de van’t Hoff é ln⁡K=ΔSr∘/R−(ΔHr∘/R)(1/T)\ln K = \Delta S_\mathrm{r}^\circ/R - (\Delta H_\mathrm{r}^\circ/R)(1/T). Comparando com a relação empírica:

−ΔHr∘R=−8500  ⟹  ΔHr∘=8500×8,3 JK ⋅ mol=70550 Jmol -\dfrac{\Delta H_\mathrm{r}^\circ}{R} = -\pu{8500} \implies \Delta H_\mathrm{r}^\circ = \pu{8500} \times \pu{8,3 J//K.mol} = \pu{70550 J//mol}

ΔHr∘=70 kJmol \Delta H_\mathrm{r}^\circ = \boxed{ \pu{70 kJ//mol} }

Etapa 3.(c) Determine a entropia padrão de reação.

Em T=1164 KT = \pu{1164 K}, K=1K = 1 e ΔGr∘=0\Delta G_\mathrm{r}^\circ = 0, portanto ΔHr∘=TΔSr∘\Delta H_\mathrm{r}^\circ = T\Delta S_\mathrm{r}^\circ:

ΔSr∘=ΔHr∘T=70550 Jmol1164 K=61 JK ⋅ mol \Delta S_\mathrm{r}^\circ = \dfrac{\Delta H_\mathrm{r}^\circ}{T} = \dfrac{\pu{70550 J//mol}}{\pu{1164 K}} = \boxed{ \pu{61 J//K.mol} }