Metano é queimado completamente com oxigênio puro, em um sistema isolado, sem perdas de calor para o ambiente, a uma pressão de 1 atm e temperatura inicial dos reagentes é 298 K . Considerando que a água permanece no estado gasoso, calcule a temperatura adiabática da chama (
).
Dados:
Entalpias de formação (
):
Calores específicos médios (em kJ/mol
):
: 0,044
Dados:
Entalpias de formação (
Calores específicos médios (em kJ/mol
Passo 1
Resumo da questão: queimamos metano (CH₄) com oxigênio puro, num sistema isolado (adiabático), pressão 1 atm, todos os reagentes a 298 K e água no estado gasoso. Queremos achar a temperatura final da chama (T_f).
Conteúdo: termodinâmica de reações, entalpia de formação e balanço de energia (calor de reação + aquecimento dos produtos).
O que precisamos:
Conteúdo: termodinâmica de reações, entalpia de formação e balanço de energia (calor de reação + aquecimento dos produtos).
O que precisamos:
- Equação química balanceada
- Entalpias de formação dadas
- Calores específicos médios (c̄_p) dos produtos
Passo 2
- Equação química balanceada:
- Entalpia padrão de reação (
) a 298 K:
Como
,
Ou seja, a reação libera 890,3 kJ por mol de CH₄.
Passo 3
Como o sistema é adiabático e não há trocas de calor com o meio, o calor liberado pela reação aquece somente os produtos. O balanço é:
Sendo
Passo 4
Assumindo
médio constante, a integral vira somatório simples:
Produtos: 1 mol CO₂ e 2 mol de H₂O(g). Logo
Balanço:
Passo 5
Isolando
:
Resposta
A temperatura adiabática da chama é aproximadamente
.