São colocados dentro de um calorímetro 2,20 gramas de acetaldeído líquido (
) junto com excesso de oxigênio a uma pressão inicial de1 bar. A reação de combustão gera dióxido de carbono gasoso e água líquida. A temperatura do calorímetro se eleva de
para
. Sabendo que a capacidade calorífica do calorímetro é
, responda as questões abaixo:
a) Escreva a equação ajustada para a reação de combustão do acetaldeído.
b) Calcule
molar de combustão a 298 K .
c) Calcule
molar de combustão a 298 K .
d) Explique o que representa a diferença existente entre
molar e
molar.
a) Escreva a equação ajustada para a reação de combustão do acetaldeído.
b) Calcule
c) Calcule
d) Explique o que representa a diferença existente entre
Passo 1
O enunciado dá os seguintes dados e pede as coisas indicadas:
- Massa de acetaldeído:
(fórmula dada como ). - O acetaldeído e excesso de oxigênio são colocados em um calorímetro; a reação é de combustão e gera
e . - Temperatura inicial:
. - Temperatura final:
. - Capac. calorífica do calorímetro:
. - Pressão inicial do oxigênio:
(informação de condição inicial). - Perguntas:
(a) Escrever a equação ajustada da combustão do acetaldeído.
(b) Calcularmolar de combustão a .
(c) Calcularmolar de combustão a .
(d) Explicar o que representa a diferença entremolar e molar.
Passo 2
Escrever e ajustar a reação de combustão. Vou balancear por átomos:
- Fórmula do acetaldeído:
, que é . - Reação genérica (por 1 mol de
):
Contagem de oxigênios no lado dos produtos:
(dos
)
(das
)
átomos de O. O reagente
já traz 1 átomo de O, então precisamos de mais
átomos de O vindos do
, isto é,
. A equação com coeficiente fracionário é:
Para coeficientes inteiros multiplicamos por
:
Passo 3
Calcular o calor trocado no calorímetro (energia absorvida pelo calorímetro). Primeiro o aumento de temperatura:
Energia absorvida pelo calorímetro:
Faço a multiplicação:
Como a reação liberou calor e o calor foi absorvido pelo calorímetro, o calor da reação (para a quantidade que reagiu) é o negativo:
Comentário didático: num calorímetro tipo “bomb” (volume aproximadamente constante) o calor medido a volume constante é igual a
do sistema. Assim, se este é um calorímetro de volume constante,
. Aqui usaremos essa ideia: o calor medido (por mol de reagente) é
de combustão.
Passo 4
Converter a massa de acetaldeído para mols. Calcular a massa molar do acetaldeído:
Número de mols queimados na experiência:
Passo 5
Calcular
molar de combustão (a
). A energia liberada pela quantidade que reagiu foi
para
. A variação de energia interna por mol é:
Faço a divisão:
Comentário didático: o sinal negativo indica que a reação libera energia (exotérmica) — a energia interna do sistema diminui.
Passo 6
Calcular
molar a
usando a relação entre
e
. Para uma reação gasosa vale:
onde
é a variação no número de mols de gás (produtos menos reagentes),
é a constante dos gases e
a temperatura absoluta. Explico essa fórmula de forma simples:
; para gases ideais
; ao passar de reagentes para produtos a diferença em
(por mol de reação) é
.
Determinar
para a equação por 1 mol de
:
- Reagentes gasosos:
mols de gás. - Produtos gasosos:
mols de gás.
Logo
Usar
e
(aproximação de
). Calcular o termo
:
Faço as contas:
Portanto
Passo 7
Interpretar a diferença entre
molar e
molar (resposta conceitual didática):
-
mede a variação da energia interna do sistema durante a reação (energia associada às ligações, energia cinética interna das moléculas, etc.). Num processo a volume constante, a energia térmica medida corresponde a . -
mede a variação da entalpia, que é a energia interna mais o termo . Em condições de pressão constante, a energia trocada com o ambiente sob forma de calor é . - A diferença
representa a energia associada ao trabalho de expansão (ou compressão) relacionado à mudança no número de mols de gás. No caso desta combustão , portanto houve uma diminuição no número de mols de gás e a entalpia é um pouco mais negativa que a energia interna (diferença de aproximadamente a ). Em palavras simples: além da energia liberada internamente, leva em conta o efeito do PV (trabalho de expansão) que ocorre quando a quantidade de gás muda.
Resposta
(a)
(b)
(c)
(d) A diferença
(
aqui) representa a energia associada ao trabalho PV resultante da mudança no número de mols de gás;
é a variação da energia interna,
inclui também o efeito
(entalpia).