41- Determine entre o metano gasoso e o etanol líquido, qual apresentará a reação de combustão mais exotérmica por mol.
Dados: \Delta \mathrm{H}_{\mathrm{f}}^{\circ}\left(\mathrm{C}_{2} \mathrm{H}_{6} \mathrm{O}_{(\mathrm{I})}\right)=-2777,5 \mathrm{~kJ} / \mathrm{mol}, \Delta \mathrm{H}_{\mathrm{f}}^{\circ}\left(\mathrm{CO}_{2(\mathrm{~g})}\right)=-393,3 \mathrm{~kJ} / \mathrm{mol}, \Delta \mathrm{H}_{\mathrm{f}}^{\circ}\left(\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{(\mathrm{I})}\right)= -285,5 \mathrm{~kJ} / \mathrm{mol}.
\mathrm{C}_{\text {(grafite) }}+2 \mathrm{H}_{2(\mathrm{~g})} \rightarrow \mathrm{CH}_{4(\mathrm{~g})} \Delta \mathrm{H}^{\circ}=-77,4 \mathrm{~kJ}
\mathrm{C}_{\text {(grafite) }}+\mathrm{O}_{2(\mathrm{~g})} \rightarrow \mathrm{CO}_{2(\mathrm{~g})} \Delta \mathrm{H}^{0}=-393,5 \mathrm{~kJ}
2 \mathrm{H}_{2(\mathrm{~g})}+\mathrm{O}_{2(\mathrm{~g})} \rightarrow 2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{(\mathrm{l})} \quad \Delta \mathrm{H}^{\circ}=-571,6 \mathrm{~kJ}

Passo 1

O enunciado pede para comparar, por mol de combustível, a exotermicidade da reação de combustão do metano gasoso e do etanol líquido. Vamos usar entalpias padrão de formação para calcular a entalpia de reação de cada combustão, via
\Delta H_\text{rxn} = \sum \Delta H_f^\circ(\text{produtos}) \;-\;\sum \Delta H_f^\circ(\text{reagentes}).

Passo 2

Escrevendo a reação de combustão do metano:
\mathrm{CH}_{4(\mathrm g)} + 2\,\mathrm{O}_{2(\mathrm g)} \longrightarrow \mathrm{CO}_{2(\mathrm g)} + 2\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{(\mathrm l)}.
Como \Delta H_f^\circ(\mathrm{O}_2)=0,
\Delta H_\text{comb}( \mathrm{CH}_4 ) = \bigl[\Delta H_f^\circ(\mathrm{CO}_2) + 2\,\Delta H_f^\circ(\mathrm{H}_2\mathrm{O})\bigr] \;-\;\Delta H_f^\circ(\mathrm{CH}_4).
Substituindo os valores:
\Delta H_\text{comb}( \mathrm{CH}_4 ) = \bigl[-393,3 + 2(-285,5)\bigr] - (-77,4) = -964,3 + 77,4 = -886,9\;\mathrm{kJ/mol}.

Passo 3

Escrevendo a combustão do etanol:
\mathrm{C}_2\mathrm{H}_5\mathrm{OH}_{(\mathrm l)} + 3\,\mathrm{O}_{2(\mathrm g)} \longrightarrow 2\,\mathrm{CO}_{2(\mathrm g)} + 3\,\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{(\mathrm l)}.
Novamente \Delta H_f^\circ(\mathrm{O}_2)=0,
\Delta H_\text{comb}( \mathrm{C}_2\mathrm{H}_5\mathrm{OH} ) = \bigl[2\,\Delta H_f^\circ(\mathrm{CO}_2) + 3\,\Delta H_f^\circ(\mathrm{H}_2\mathrm{O})\bigr] \;-\;\Delta H_f^\circ(\mathrm{C}_2\mathrm{H}_5\mathrm{OH}).
Substituindo os dados ( \Delta H_f^\circ(\mathrm{C}_2\mathrm{H}_5\mathrm{OH})=-277,5\;\mathrm{kJ/mol}):
\Delta H_\text{comb}( \mathrm{C}_2\mathrm{H}_5\mathrm{OH} ) = \bigl[2(-393,3) + 3(-285,5)\bigr] - (-277,5) = -1643,1 + 277,5 = -1365,6\;\mathrm{kJ/mol}.

Passo 4

Comparando os valores por mol de combustível:
\Delta H_\text{comb}( \mathrm{CH}_4 ) \approx -887\;\mathrm{kJ/mol}, \quad \Delta H_\text{comb}( \mathrm{C}_2\mathrm{H}_5\mathrm{OH} ) \approx -1366\;\mathrm{kJ/mol}.
O etanol libera mais energia (valor mais negativo de \Delta H) que o metano.

Resposta

A combustão do etanol líquido é mais exotérmica por mol.

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