5.79 O etanol
geralmente é misturado com a gasolina para ser utilizado como combustível automotivo. (a) Escreva a equação balanceada da combustão do etanol líquido no ar. (b) Calcule a variação de entalpia padrão da reação, considerando que a
é um produto. (c) Calcule o calor produzido por litro de etanol durante a combustão do etanol a pressão constante. O etanol tem densidade de
. (d) Calcule a massa de
produzida por kJ de calor emitido.
Passo 1
O enunciado pede quatro coisas distintas e nos dá alguns dados. Vou listar claramente cada pergunta e as informações fornecidas:
- (a) Escrever a equação balanceada da combustão do etanol líquido no ar.
- (b) Calcular a variação de entalpia padrão da reação, considerando que o produto é
. - (c) Calcular o calor produzido por litro de etanol durante a combustão a pressão constante. Dado: densidade do etanol
. - (d) Calcular a massa de
produzida por kJ de calor emitido.
Informações importantes que vou usar (valores de tabelas termodinâmicas padrão):
- Entalpias padrão de formação (valores usados):
-
. -
. -
. -
.
-
- Massa molar aproximada do etanol:
(vou calcular isso explicitamente no passo apropriado). - Densidade do etanol fornecida:
.
Observação: não há ambiguidade no enunciado; a água é gasosa como produto (isso altera a entalpia de combustão comparado à água líquida).
Passo 2
(a) Balanceamento da reação: ensinar e fazer.
- Regra rápida para combustão de um composto orgânico: escrever reação genérica
e ajustar coeficientes para conservar C, H e O. - Para o etanol
(que tem átomos de C, de H e de O interior), a combustão completa forma e . Colocando coeficientes: - Carbono:
átomos de C → mols de . - Hidrogênio:
átomos de H → mols de . - Oxigênio: à direita há
átomos de O em e átomos de O em , total átomos de O. O etanol já fornece átomo de O, então o restante átomos vêm de , ou seja, mols de .
- Carbono:
- Assim, a equação balanceada é:
Passo 3
(b) Cálculo da variação de entalpia padrão da reação usando entalpias de formação.
- Conceito: a variação de entalpia padrão de reação é dada por
onde
são os coeficientes estequiométricos. Isso vem da definição de entalpia de formação padrão (entalpia para formar 1 mol da substância a partir dos elementos em seus estados padrão).
- Aplicando à reação balanceada:
- Produtos:
mol de e mol de . - Reagentes:
mol de e mol de (mas ).
- Produtos:
- Substituindo os valores:
- Calculemos passo a passo:
-
. -
. - Subtrair
significa adicionar . - Soma:
.
-
- Conclusão numérica:
(valor negativo indica que a combustão é exotérmica; cada mol de etanol libera
sob condições padrão com
na forma gasosa).
Passo 4
(c) Calcular o calor produzido por litro de etanol (a pressão constante).
- Primeiro, determinar a massa de 1 litro (1000 mL) de etanol usando a densidade:
- Calcular o número de mols em
de etanol. Primeiro explico a massa molar: - Carbono:
. - Hidrogênio:
. - Oxigênio:
. - Soma:
, que arredondo para .
- Carbono:
- Número de mols em 1 L:
- Cada mol de etanol libera
, então o calor total liberado por 1 L é:
- Cálculo numérico:
-
. - Com sinal:
.
-
- Interpretação: por litro de etanol queimado sob estas condições são liberados aproximadamente
. Em termos de “calor produzido”, costuma-se reportar o valor positivo como energia liberada: cerca de .
Passo 5
(d) Massa de
produzida por kJ de calor emitido.
- Relação estequiométrica: 1 mol de
produz 2 mol de . - Massa de
formada por mol de etanol: - Massa molar
. -
mol → por mol de etanol consumido.
- Massa molar
- Sabendo que 1 mol de etanol libera
, a massa de por kJ é:
- Se preferir uma unidade mais legível: por megajoule (MJ,
) isso corresponde a
Resposta
(a)
(b)
(c)
(d)
(ou
)