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Enunciado

Química - Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente - 5ª Edição - Peter Atkins, Loretta Jones e Leroy Laverman- Ed: 5º - Capítulo 7.1 - Ex. 115b

Combustíveis à base de petróleo são muito poluentes, contribuem para as mudanças climáticas e estão acabando. Em consequência, combustíveis alternativos estão sendo muito procurados (veja Quadro 7.2). Três compostos que poderiam ser produzidos biologicamente e usados ​​como combustíveis são o metano, C H 4 , que pode ser produzido pela digestão anaeróbica de esgoto; éter dimetílico, C H 3 - O - C H 3 , um gás que pode ser produzido a partir de metanol e etanol; e etanol, C H 3 C H 2 O H , um líquido obtido na fermentação de açúcares.

  1. Use entalpias de ligação (e, para o etanol, sua entalpia de vaporização) para calcular a entalpia de combustão de cada combustível, supondo que eles queimem para produzir gás C O 2 e vapor de água. Explique as diferenças.

Passo 1

Nesta letra (b) nós precisamos das reações de combustão.

Começamos pelo metano:

C H 4 + O 2 → C O 2 + H 2 O

Balanceando:

C H 4 + 2 O 2 → C O 2 + 2 H 2 O

Então, a entalpia de combustão pode ser calculada como:

∆ H c 0 = 4 × ∆ H C - H 0 + 2 × ∆ H O = O 0 - 2 × ∆ H C = O 0 + 2 × 2 × ∆ H O - H 0

Lembrando que:

∆ H C - H 0 = 412 k J m o l

∆ H O = O 0 = 496 k J m o l

∆ H C = O 0 = 743 k J m o l

∆ H O - H 0 = 463 k J m o l

O sinal positivo indica que estamos quebrando as ligações dos reagentes e o sinal negativo indica que estamos formando as ligações.

Substituindo:

∆ H c 0 = 4 × 412 k J m o l + 2 × 496 k J m o l - 2 × 743 k J m o l + 4 × 463 k J m o l

Então:

∆ H c 0 = 2640 - 3338 = - 698 k J m o l

Passo 2

Para o éter dimetílico:

C H 3 - O - C H 3 + O 2 → C O 2 + H 2 O

Balanceando:

C H 3 - O - C H 3 + 3 O 2 → 2 C O 2 + 3 H 2 O

Então, a entalpia de combustão pode ser calculada como:

∆ H c 0 = 6 × ∆ H C - H 0 + 2 × ∆ H C - O 0 + 3 × ∆ H O = O 0 - 4 × ∆ H C = O 0 + 3 × 2 × ∆ H O - H 0

Lembrando que:

∆ H C - H 0 = 412 k J m o l

∆ H O = O 0 = 496 k J m o l

∆ H C - O 0 = 360 k J m o l

∆ H C = O 0 = 743 k J m o l

∆ H O - H 0 = 463 k J m o l

Substituindo:

∆ H c 0 = 6 × 412 k J m o l + 2 × 360 k J m o l + 3 × 496 k J m o l - 4 × 496 k J m o l + 6 × 463 k J m o l

Então:

∆ H c 0 = - 1070 k J m o l

Passo 3

Para o etanol usamos a entalpia de vaporização:

C H 3 C H 2 O H ( l ) → C H 3 C H 2 O H ( g )                                 ∆ H v a p 0 = 43,5 k J m o l

Agora vamos olhar para a entalpia de combustão:

C H 3 C H 2 O H ( g ) + O 2 → C O 2 + H 2 O

Balanceando:

C H 3 C H 2 O H ( g ) + 3 O 2 → 2 C O 2 + 3 H 2 O

Então, a entalpia de combustão pode ser calculada como:

∆ H c 0 = 5 × ∆ H C - H 0 + ∆ H C - C 0 + ∆ H C - O 0 + ∆ H O - H 0 + 3 × ∆ H O = O 0 - 4 × ∆ H C = O 0 + 3 × 2 × ∆ H O - H 0

Lembrando que:

∆ H C - H 0 = 412 k J m o l

∆ H C - C 0 = 348 k J m o l

∆ H O = O 0 = 496 k J m o l

∆ H C - O 0 = 360 k J m o l

∆ H C = O 0 = 743 k J m o l

∆ H O - H 0 = 463 k J m o l

Substituindo:

∆ H c 0 = 5 × 412 k J m o l + 348 k J m o l + 360 k J m o l + 463 k J m o l + 3 × 496 k J m o l - 4 × 496 k J m o l + 6 × 463 k J m o l

Então:

∆ H c 0 = - 1031 k J m o l

Considerando o calor de vaporização:

∆ H c 0 = 43,5   - 1031 = - 988 k J m o l

Bora pra próxima !

Resposta

Metano: - 698 k J m o l ;

Éter dimetílico: - 1070 k J m o l ;

Etanol:   - 988 k J m o l .

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