O tolueno, C7 H8, é usado na fabricação de explosivos tais como TNT (trinitrotolueno). Uma amostra de 1,500 g de tolueno líquido foi colocada em uma bomba calorimétrica juntamente com excesso de oxigénio. Quando a combustāo do tolueno foi iniciada, a temperatura do calorímetro aumentou de 25,000^circ C para 26,413^circ C. Os produtos da combustāo sáo CO2(g) e H2 O(l) e a capacidade calorifica do calorímetro era de 45,06 kJ ^circ C^-1.
(a) Escreva a cquação química balanceada para a reaçâo no calorímetro.
(b) Quantos joules foram liberados pela reação?
© Quantos joules seriam liberados em condiçöes semelhantes se na combustāo tivesse sido utilizado 1,00 mol de tolueno?

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos uma reação de combustão do tolueno ( C7H8) num calorímetro, onde a temperatura sobe de 25,000^circC para 26,413^circC. Precisamos:
a) Escrever a equação química balanceada dessa reação.
b) Calcular quantos joules foram liberados durante a reação.
c) Determinar quantos joules seriam liberados se usássemos 1,00 mol de tolueno.
Vamos precisar de conhecimentos sobre reações de combustão, balanceamento de equações químicas, e conceito de calorímetro e capacidade calorífica para resolver esses itens.

Passo 2

Vamos começar com a parte (a): escrever a equação química balanceada da combustão do tolueno.
Primeiro, sabemos que a combustão completa de um hidrocarboneto como o tolueno envolve reagir com oxigênio ( O2) para formar dióxido de carbono ( CO2) e água ( H2O).
A fórmula geral da combustão é:
CxHy + O2 CO2 + H2O
Agora, precisamos balancear a equação para que o número de átomos de cada elemento seja igual nos reagentes e nos produtos.
Para o tolueno, C7H8:
  • Carbono: 7 átomos → 7 moléculas de CO2
  • Hidrogênio: 8 átomos → 4 moléculas de H2O
Então, temos:
C7H8 + O2 7,CO2 + 4,H2O
Agora, balanceamos o oxigênio:
Nos produtos: 7 times 2 = 14 átomos de O nas CO2 e 4 times 1 = 4 átomos de O nas H2O, totalizando 18 átomos de O.
Nos reagentes, já temos o O2. Para ter 18 átomos de O, precisamos de 9,O2.
Portanto, a equação balanceada é:
C7H8 + 9,O2 7,CO2 + 4,H2O

Passo 3

Agora, vamos para a parte (b): calcular quantos joules foram liberados pela reação.
Primeiro, usamos a fórmula do calor liberado pelo calorímetro:
q = C times De
onde:
  • q é o calor liberado,
  • C é a capacidade calorífica do calorímetro,
  • De é a variação de temperatura.
Dados:
  • Capacidade calorífica, C = 45,06,kJ/!^circ C
  • Variação de temperatura, De
Calculando:
q = 45,06,kJ/!^circ C times 1,413^circC = 63,68,kJ
Isso significa que 63,68 kJ de energia foram liberados pela combustão de 1,500 g de tolueno.

Passo 4

Por fim, na parte ©, precisamos achar quantos joules seriam liberados se usássemos 1,00,mol de tolueno.
Primeiro, encontramos a massa molar do tolueno ( C7H8):
  • Carbono: 12,01,g/mol times 7 = 84,07,g/mol
  • Hidrogênio: 1,008,g/mol times 8 = 8,064,g/mol
  • Massa molar total: 84,07 + 8,064 = 92,134,g/mol
Sabemos que 1,500 g liberaram 63,68 kJ, então a energia liberada por mol é:
Energia por mol = 63,68,kJ1,500,g times 92,134,g/mol = 3,183,kJ/g times 92,134,g/mol approx 293,18,kJ/mol
Portanto, aproximadamente 293,18 kJ seriam liberados na combustão de 1,00 mol de tolueno.

Resposta

(a) A equação química balanceada é:
C7H8 + 9,O2 7,CO2 + 4,H2O
(b) Foram liberados aproximadamente 63,68,kJ de energia.
© Seriam liberados aproximadamente 293,18,kJ se fosse utilizado 1,00,mol de tolueno.

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