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ID
5138470
Banca
CEPERJ
Órgão
CEDERJ
Ano
2020
Provas
Disciplina
Química
Assuntos

A queima completa de combustíveis que contém carbono em sua composição gera dióxido de carbono, um dos principais gases responsáveis pelo fenômeno do aquecimento global. O uso de etanol como combustível em veículos automotivos é uma iniciativa que reduz a emissão de dióxido de carbono para a atmosfera.

Considere a combustão completa de etanol suficiente para gerar um calor de 1.105 kJ.

         Substância química        Entalpia padrão de formação (kJ.mol-1) a 25° C
                  Etanol (l)                                                -300
                    H2O (l)                                                 -240
                    CO2 (g)                                                -390

Com base na entalpia de formação aproximada dos compostos dados na tabela, a massa de gás carbônico, em kg, liberada nessa queima é de, aproximadamente:

Alternativas
Comentários

  • Esta questão relaciona conceitos de estequiometria e termoquímica.


    A combustão completa do etanol consiste na reação entre o etanol e oxigênio, formando dióxido de carbono (CO2) e água (H2O). O etanol é um álcool (sufixo ol) que possui dois carbonos (prefixo et) em sua cadeia saturada (intermediário an). Dessa forma, sua fórmula química pode ser escrita como C2H5OH (grupo OH ligado ao carbono saturado indica a função álcool, além disso, são necessários cinco hidrogênios para que os carbonos realizem quatro ligações).


    Assim, a reação balanceada de combustão completa do etanol é a seguinte:


    C2H5OH(l) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(l)


    São necessários 2 mols de CO2 pois são 2 carbonos presentes no etanol; 3 mols de H2O pois são 6 hidrogênios presentes no etanol (3 × 2 = 6) e são necessários 3 mols de O2 pois nos produtos há um total de 6 oxigênios.


    O enunciado estabelece que são liberados na combustão 1 ∙ 105 kJ. Para saber a massa de CO2 liberada nessa queima é preciso utilizar as informações em mols da reação.


    Primeiramente, é necessário calcular a variação de entalpia (∆H) considerando 1 mol de C2H5OH. Essa variação é dada pela seguinte expressão:


    ∆H = ∑n∆Hf0 (produtos) - ∑n∆Hf0 (reagentes)


    ∆H = n∆Hf0 (CO2) + n∆Hf0 (H2O) - n∆Hf0 (C2H5OH)


    Em que n é o número de mols de cada substância envolvida na reação e ∆Hf0 é a entalpia de formação padrão dessas substâncias a 25 °C. O calor padrão de formação de substâncias simples como o O2 é igual a 0, devido a isso ele não está presente na expressão.


    Substituindo os dados da tabela e o número de mols, temos que:


    ∆H = 2 × (- 390) + 3 × (-240) - (-300) = - 780 + (-720) + 300 = - 1200 kJ


    Esse valor encontrado corresponde à energia liberada na queima de 1 mol de C2H5OH (sinal negativo indica que energia foi liberada e não absorvida). Sendo assim, é possível encontrar quantos mols de CO2 são formados na queima de C2H5OH para a liberação de 1 ∙ 105 kJ, considerando que na queima de 1 mol de C2H5OH são formados 2 mols de CO2:


    2 mols de CO2   formados na liberação de   1200 kJ

               n              --------------------------   1 ∙ 105 kJ


    n = 2 ∙ 105/1200 ≅ 166,67 mols de CO2


    Para determinar a massa de CO2 contida em 166,67 mols é preciso utilizar a massa molar desse composto. A massa molar (MM) é calculada a partir das massas molares do carbono e oxigênio (fornecidas pela tabela periódica, em g/mol: C= 12 e O = 16), considerando suas quantidades:


    MM (CO2) = MM (C) + 2 × MM (O) = 12 + 2 × 16 = 12 + 32 = 44 g/mol


    Como essa é a massa de CO2 presente em 1 mol, temos que:


    1 mol de CO2     possui   44 g

       166,67 mols    ------    m


    m = 166,67 × 44 ≅ 7333 g


    Mas, o enunciado requer a massa em kg, logo, é preciso dividir o valor acima por 1000, considerando que 1000 g equivalem a 1 kg:


    m ≅ 7333/1000 ≅ 7 kg



    Gabarito da Professora: Letra C.