Reação ocorrendo a
e 1 atm e formando água gasosa nos produtos.
Cálculo da entalpia de reação:
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente vai calcular a entalpia de reação da combustão do metano (CH₄) formando dióxido de carbono (CO₂) e água gasosa (H₂O) nas condições dadas. Para isso, vamos precisar entender um pouco sobre entalpia de formação e como usá-la para encontrar a entalpia de reação.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar que a entalpia de formação padrão (ΔH_f°) é a quantidade de energia envolvida na formação de 1 mol de um composto a partir de seus elementos nas condições padrão (25°C e 1 atm). Essas entalpias são fundamentais para calcular a entalpia de reação.
Aqui estão as entalpias de formação que vamos usar:
- CH₄(g): ΔH_f° = -74,8 kJ/mol
- O₂(g): ΔH_f° = 0 kJ/mol (porque é um elemento na forma padrão)
- N₂(g): ΔH_f° = 0 kJ/mol (mesma razão acima)
- CO₂(g): ΔH_f° = -393,5 kJ/mol
- H₂O(g): ΔH_f° = -241,8 kJ/mol
Passo 3
A equação geral para calcular a entalpia de combustão é:
Onde:
- $ n $ é o coeficiente estequiométrico na reação.
- $ \Delta H_f^{0} $ são as entalpias de formação padrão.
Passo 4
Vamos identificar os reagentes e produtos com seus respectivos coeficientes:
Reagentes:
- 1 mol de CH₄(g)
- 2 mols de O₂(g)
- 7,52 mols de N₂(g)
Produtos:
- 1 mol de CO₂(g)
- 2 mols de H₂O(g)
- 7,52 mols de N₂(g)
Passo 5
Agora, aplicamos os valores na fórmula:
Passo 6
Vamos calcular cada parte:
Produtos:
- CO₂: $ 1 \cdot (-393,5) = -393,5 $ kJ
- H₂O: $ 2 \cdot (-241,8) = -483,6 $ kJ
- N₂: $ 7,52 \cdot 0 = 0 $ kJ
- Total dos produtos: $ -393,5 + (-483,6) + 0 = -877,1 $ kJ
Reagentes:
- CH₄: $ 1 \cdot (-74,8) = -74,8 $ kJ
- O₂: $ 2 \cdot 0 = 0 $ kJ
- N₂: $ 7,52 \cdot 0 = 0 $ kJ
- Total dos reagentes: $ -74,8 + 0 + 0 = -74,8 $ kJ
Passo 7
Subtraindo os reagentes dos produtos:
Resposta
A entalpia de reação da combustão do metano é -802,3 kJ/mol.