Os calores padrões de combustão do etileno (C2 H4), do etano (C2 H6) e do butano (C4 H10) valem, respectivamente, -1322 , -1426-2656 kJ / mol. O calor padrão de hidrogenação de etileno a etano é igual a -137 kJ / mol. Determinar o calor da seguinte reação, a 25^circ C e 1 bar:
C4 H10(g) 2 C2 H4(g)+H2(g)

Passo 1

Beleza, vamos lá! A gente tem uma reação química para calcular o calor envolvido. A questão fala sobre os calores padrões de combustão do etileno ( C2H4), etano ( C2H6) e butano ( C4H10), além do calor padrão de hidrogenação do etileno a etano. Precisamos usar esses dados para encontrar o calor da reação:
C4H10(g) 2, C2H4(g) + H2(g)
Vamos precisar entender de termodinâmica química, especificamente da Lei de Hess, que nos permite calcular a entalpia de uma reação usando entalpias de reações conhecidas.

Passo 2

Primeiro, vamos relembrar o que é a Lei de Hess. Ela diz que a variação total de entalpia de uma reação é a mesma, não importando o caminho que a reação siga, desde que os estados iniciais e finais sejam os mesmos. Então, podemos usar as entalpias de combustão e hidrogenação fornecidas para montar uma equação que nos leve à reação que queremos.

Passo 3

Vamos escrever as equações de combustão das substâncias envolvidas:
  1. Combustão do etileno ( C2H4):
C2H4 + 3,O2 2,CO2 + 2,H2O De
  1. Combustão do etano ( C2H6):
C2H6 + 72,O2 2,CO2 + 3,H2O De
  1. Combustão do butano ( C4H10):
C4H10 + 132,O2 4,CO2 + 5,H2O De
Além disso, temos o calor de hidrogenação do etileno a etano:
C2H4 + H2 C2H6 De

Passo 4

Nosso objetivo é encontrar o calor da reação:
C4H10 2,C2H4 + H2
Vamos usar a Lei de Hess para combinar as equações de combustão e a de hidrogenação de forma que obtenhamos a equação desejada.

Passo 5

Primeiro, vamos inverter a combustão do butano para obter a formação do butano a partir de seus produtos:
4,CO2 + 5,H2O C4H10 + 132,O2 De
Nota que ao inverter a reação, o sinal da entalpia também inverte.

Passo 6

Agora, vamos considerar duas vezes a combustão do etileno:
2 ( C2H4 + 3,O2 2,CO2 + 2,H2O ) De
Isso nos dá:
2,C2H4 + 6,O2 4,CO2 + 4,H2O De

Passo 7

Também precisamos incluir a combustão do hidrogênio ( H2). A combustão do hidrogênio é:
2,H2 + O2 2,H2O De
Mas na nossa reação alvo temos apenas 1 mol de H2, então dividimos por 2:
H2 + 12,O2 H2O De

Passo 8

Agora, vamos somar as três reações ajustadas:
  1. Formação do butano:
4,CO2 + 5,H2O C4H10 + 132,O2 De
  1. Combustão de 2 etilenos:
2,C2H4 + 6,O2 4,CO2 + 4,H2O De
  1. Combustão do hidrogênio:
H2 + 12,O2 H2O De
Somando essas três equações:
4,CO2 + 5,H2O + 2,C2H4 + 6,O2 + H2 + 12,O2 C4H10 + 132,O2 + 4,CO2 + 4,H2O + H2O

Passo 9

Simplificando os termos que se cancelam dos dois lados:
  • 4,CO2 aparece nos dois lados, então cancelam.
  • 5,H2O à esquerda e 4,H2O + H2O à direita também cancelam.
  • 6,O2 + 12,O2 = 132,O2, que também cancela com o 132,O2 do lado direito.
Ficamos com:
2,C2H4 + H2 C4H10
Invertendo para chegar na reação desejada:
C4H10 2,C2H4 + H2 De

Resposta

O calor da reação é De.

Exercícios relacionados

Para as seguintes reações a 25^circ C
CaC2(s)+2 H2 O(l) Ca(OH)2(s)+C2 H2(g)
De
Ca(s)+1 / 2 O2(g) CaO(s)
-127,9
CaO(s)+H2 O(1) Ca(OH)2(s)
-635,1
O calor de combustão da grafita é - 393,51 kJ / mol e o do C2 H2(g) é - 1299,58 kJ / mol. Calcule o calor de formação do CaC2 (s) a 25^circ C.
A água que entra a 10^circ C é aquecida a 40^circ C no tubo de 0,02 m DI a uma taxa de massa de 0,01 kg / s. A parte externa do tubo é coberta com um isolante e um elemento de aquecimento elétrico produz um calor uniforme fluxo de 15000 W / m 2 sobre a superficie. Negligenciar qualquer efeito de entrada, determine; A temperatura da superfície do tubo interno na tomada;
A água que entra a 10^circ C é aquecida a 40^circ C no tubo de 0,02 m DI a uma taxa de massa de 0,01 kg / s. A parte externa do tubo é coberta com um isolante e um elemento de aquecimento elétrico produz um calor uniforme fluxo de 15000 W / m 2 sobre a superficie. Negligenciar qualquer efeito de entrada, determine; A potência de bombeamento necessária, se a bomba for 50 % eficiente.
Partindo da entalpia de formação do vapor de H2 O, a 25^circ C e 1 bar
H2(g)+1 / 2 O2(g) H2 O(g) De
Calcular a entalpia de formação a 100^circ C e 1 bar. São dados as seguintes capacidades caloríficas:
Cp, m(H2 O(g))=33,6 J mol^-1 K^-1 ; Cp, m(H2(g))=29,0 J mol^-1 K^-1
Cp, m(O2(g))=29,5 J mol^-1 K^-1