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
\ce{C6H6 (l) + \tfrac{15}{2}\,O2 (g) -> 6\,CO2 (g) + 3\,H2O (l)}
e pede:
  • (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
\Delta H^\circ = \sum \Delta_f H^\circ(\text{produtos}) - \sum \Delta_f H^\circ(\text{reagentes})
= \bigl[6(-393,5) + 3(-285,8)\bigr] - \bigl[1(-49,0)+0\bigr]
= \bigl[-2361,0 - 857,4\bigr] + 49,0 = -3218,4 + 49,0 = -3169,4\\ \text{kJ/mol}.

Passo 3

Como \Delta H^\circ = -3169,4,kJ/mol é negativo, a reação é exotérmica (libera calor).

Passo 4

Comparar calor por grama de combustível:
Propano ( \ce{C3H8}):
\Delta_f H^\circ[\ce{C3H8 (g)}]=-104,7,kJ/mol, reação
\ce{C3H8 + 5 O2 -> 3 CO2 + 4 H2O}
\Delta H^\circ = [3(-393,5)+4(-285,8)] - [-104,7] = -2323,3 + 104,7 = -2218,6\\ \text{kJ/mol}.
Massa molar do propano = 44,10,g/mol, logo
q_{\ce{C3H8}} = \frac{2218,6\\ \text{kJ}}{44,10\\ \text{g}} \approx 50,3\\ \text{kJ/g}.
Massa molar do benzeno = 78,11,g/mol, logo
q_{\ce{C6H6}} = \frac{3169,4\\ \text{kJ}}{78,11\\ \text{g}} \approx 40,6\\ \text{kJ/g}.
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.
\underbrace{H_{\text{reagentes}}}_{\displaystyle\ce{C6H6 + O2}} \;\longrightarrow\; \text{(barreira }E_a\text{)} \;\longrightarrow\; \underbrace{H_{\text{produtos}}}_{\displaystyle\ce{CO2 + H2O}}
com \Delta H<0.

Passo 6

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}.

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