Questão 03) Dada a reação de combustão completa do benzeno, responda as seguintes questões
a) Calcule a variação de entalpia padrão da reação de combustão de 1 mol de benzeno. Informe se essa reação é exotérmica ou endotérmica.
b) Em um sistema isobárico, compare a quantidade de calor produzido pela combustão de 1,00 \mathrm{~g} de propano e 1,00 \mathrm{~g} de benzeno. Informe qual desses combustíveis seria mais eficiente.
c) Esboce um diagrama de entalpia da reação.
d) Quantos gramas de \mathrm{CO}_{2} seriam produzidos se o \Delta \mathrm{H} da reação diminuísse 968J.
Passo 1
O enunciado trata da reação de combustão completa do benzeno
(a) a variação de entalpia padrão \Delta H^\circ para 1 mol de benzeno e se é exotérmica ou endotérmica;
(b) comparação do calor liberado por 1,00 g de propano versus 1,00 g de benzeno;
(c) um diagrama qualitativo de entalpia;
(d) quantos gramas de \ce{CO2} corresponderiam a uma mudança de \Delta H = -968,J.
Para isso vamos usar entalpias padrão de formação e estequiometria.
Passo 2
Calcular \Delta H^\circ da combustão do benzeno via entalpias de formação \Delta_f H^\circ: \Delta_f H^\circ[\ce{C6H6 (l)}]=-49,0,kJ/mol, \Delta_f H^\circ[\ce{CO2 (g)}]=-393,5,kJ/mol, \Delta_f H^\circ[\ce{H2O (l)}]=-285,8,kJ/mol.
A variação de entalpia da reação é
Portanto o propano libera mais calor por grama e é mais eficiente.
Passo 5
Diagrama qualitativo de entalpia (eixo vertical = H, horizontal = progresso da reação):
Reagentes num nível mais alto, pico de ativação e produtos num nível mais baixo.
Se \Delta H diminui em 968,J =0,968,kJ, usamos proporção: \Delta H^\circ=-3169,4,kJ corresponde a 6 mol de \ce{CO2}.
Logo a fração de reação é
\frac{0,968}{3169,4}=3{,}055\times10^{-4},
produzindo 6\times3{,}055\times10^{-4}=1{,}833\times10^{-3},mol de \ce{CO2}.
Massa de \ce{CO2} (M=44,01,g/mol):
m = 1{,}833\times10^{-3}\times44,01 \approx 0,0807\\ \text{g}.
Resposta
a) \Delta H^\circ = -3169,4,kJ/mol, exotérmica.
b) Propano: 50,3,kJ/g; benzeno: 40,6,kJ/g. O propano é mais eficiente.
c) Diagrama qualitativo: reagentes → pico E_a → produtos com \Delta H<0.
d) Aproximadamente 0,081,g de \ce{CO2}.