Uma mistura gasosa conhecida como SNG é substituta do gás natural e contém
, que pode ser usado como combustível.
Use as reações e dados apropriados para determinar a variação de entalpia padrão para a reação SNG.
(R: -747,5 kJ)
Passo 1
O enunciado pede: determinar a variação de entalpia padrão para a reação
As informações fornecidas (peguei do enunciado) são as seguintes reações com suas entalpias-padrão:
Passo 2
Ideia geral (explicação do método): vamos montar a reação-alvo somando e/ou invertendo e escalando as reações dadas de modo que, após a soma algebraica, sobrem exatamente os reagentes e produtos da reação desejada. A justificativa teórica é a lei de Hess: a entalpia é uma função de estado, então a variação total de entalpia de um processo que é soma de etapas é a soma algébrica das variações de entalpia das etapas. Regras práticas que vamos usar:
- ao multiplicar uma reação inteira por um fator
, multiplica-se também por ; - ao inverter uma reação, troca-se o sinal de
; - depois soma-se termo a termo e cancelam-se espécies que aparecem em ambos os lados.
Vou aplicar isso passo a passo, sempre explicando por que multiplico ou inviro cada equação.
Passo 3
Observação sobre a reação-alvo: seus reagentes são
e
. As reações dadas envolvem
,
,
,
,
,
,
. Uma estratégia natural é converter parte dos
em átomos de carbono (grafite) para usar a reação que forma
a partir de
e
. Também precisamos formar
e
na quantidade correta. Vou escolher coeficientes que permitam cancelar
e
intermediários no somatório final.
Passo 4
Planejamento numérico: desejo produzir
mol de
. A reação que forma metano é
Multiplicando por
obtenho:
Isso usa
mol de
dos
que aparecem na reação-alvo; restarão
mol de
, que provavelmente formarão as
mol de
exigidas. Para formar
mol de
usamos a reação:
Multiplicando por
:
Passo 5
Agora faltam os
mol de
no lado dos reagentes e temos que obter exatamente
mol de
no produto. Uma maneira eficiente: deixar 1 mol de
reagir com
para dar
(usar a segunda equação) e converter os outros
mol de
em
mol de
(que serão usados para produzir os
). A conversão inversa de
é
Multiplicando essa inversa por
(para os
):
E para produzir
usamos a equação dada:
Passo 6
Vamos somar agora as quatro equações parciais que escolhemos (cada uma com seu
) e verificar o cancelamento de espécies:
- Converter
em C:
- Formar
:
- Converter
em :
- Formar
:
Agora some membro a membro. Soma dos lados esquerdo (reagentes) das quatro equações:
Agrupando:
Soma dos lados direito (produtos):
Ao cancelar as espécies que aparecem em ambos os lados (
e
), o resultado líquido é exatamente:
ou seja, a reação-alvo foi obtida. Isso confirma que a escolha das etapas está correta.
Passo 7
Agora somo as entalpias das etapas para obter
da reação-alvo. São:
Faço a conta passo a passo para não errar:
Arredondando adequadamente (os dados originais têm 3 dígitos significativos em geral), obtemos