Semana 09. A queima do carvão é representada pela equação química:

Transcrição

1

2 . (Enem 6) O benzeno, um importante solvente para a indústria química, é obtido industrialmente pela destilação do petróleo. Contudo, também pode ser sintetizado pela trimerização do acetileno catalisada por ferro metálico sob altas temperaturas, conforme a equação química: 3 CH(g) C6H6( ) A energia envolvida nesse processo pode ser calculada indiretamente pela variação de entalpia das reações de combustão das substâncias participantes, nas mesmas condições experimentais: I. 5 CH(g) O(g) CO(g) H O( ) Hc 3 kcal mol II. C6H6( ) O(g) 6 CO(g) 3 H O( ) H c 78 kcal mol A variação de entalpia do processo de trimerização, em kcal, para a formação de um mol de benzeno é mais próxima de a).9. c) 5. e) 47. b). d) 7.. (Enem PPL ) O urânio é um elemento cujos átomos contêm 9 prótons, 9 elétrons e entre e 48 nêutrons. O isótopo de urânio U é utilizado como combustível em usinas nucleares, onde, ao ser bombardeado por nêutrons, sofre fissão de seu núcleo e libera uma grande quantidade de energia (,35 kj mol). O isótopo 35 U ocorre naturalmente em minérios de urânio, com concentração de apenas,7%. Para ser utilizado na geração de energia nuclear, o minério é submetido a um processo de enriquecimento, visando aumentar a concentração do isótopo 35 U para, aproximadamente, 3% nas pastilhas. Em décadas anteriores, houve um movimento mundial para aumentar a geração de energia nuclear buscando substituir, parcialmente, a geração de energia elétrica a partir da queima do carvão, o que diminui a emissão atmosférica de CO (gás com massa molar igual a 44 g/mol). A queima do carvão é representada pela equação química: C(s) O (g) CO (g) H 4 kj mol Qual é a massa de CO, em toneladas, que deixa de ser liberada na atmosfera, para cada g de pastilhas de urânio enriquecido utilizadas em substituição ao carvão como fonte de energia? a), b) 7,7 c) 9, d) 33, e) 3 3. (Unigranrio - Medicina 7) Cálculos de entalpias reacionais são em alguns casos efetuados por meio das energias de ligação das moléculas envolvidas, onde o saldo de energias de ligação rompidas e refeitas é considerado nesse procedimento. Alguns valores de energia de ligação entre alguns átomos são fornecidos no quadro abaixo: Ligação Energia de ligação (kj mol) C H 43 O O 494 C O 84 O H 463 Considere a reação de combustão completa do metano representada na reação abaixo: CH4(g) O(g) CO(g) H O(v) A entalpia reacional, em kj mol, para a combustão de um mol de metano segundo a reação será de: a) 8 b) 36 c) 6 d) 36 e) 8 4. (Enem ) O aproveitamento de resíduos florestais vem se tornando cada dia mais atrativo, pois eles são uma fonte renovável de energia. A figura representa a queima de um bio-óleo extraído do resíduo de madeira, sendo Δ H a variação de entalpia devido à queima de g desse bio-óleo, resultando em gás carbônico e água líquida, e Δ H,

3 a variação de entalpia envolvida na conversão de g de água no estado gasoso para o estado líquido. Levando-se em conta somente o aspecto energético, a substância mais eficiente para a obtenção de energia, na combustão de kg de combustível, é o a) etano. b) etanol. c) metanol. d) acetileno. e) hidrogênio. 6. (Enem ) Um dos problemas dos combustíveis que contêm carbono é que sua queima produz dióxido de carbono. Portanto, uma característica importante, ao se escolher um combustível, é analisar seu calor de combustão o c ( h ), definido como a energia liberada na queima completa de um mol de combustível no estado padrão. O quadro seguinte relaciona algumas substâncias que contêm carbono e seu o H c. A variação de entalpia, em kj, para a queima de 5g desse bio-óleo resultando em CO (gasoso) e HO (gasoso) é: a) 6 c) 8 e) 6,4 b) 94 d), 5. (Enem PPL 4) A escolha de uma determinada substância para ser utilizada como combustível passa pela análise da poluição que ela causa ao ambiente e pela quantidade de energia liberada em sua combustão completa. O quadro apresenta a entalpia de combustão de algumas substâncias. As massas molares dos elementos H, C e O são, respectivamente, iguais a g mol, g mol e 6g mol. Substância Fórmula Entalpia de combustão (kj/mol) Acetileno CH 98 Etano CH 6 58 Etanol CH5OH 366 Hidrogênio H 4 Metanol CH3OH 558 Substância Fórmula o H c (kj/mol) benzeno CH 6 6( ) etanol CH5OH ( ) glicose C6H O 6 (s) - 88 metano CH 4 (g) - 89 octano CH 8 8 ( ) Neste contexto, qual dos combustíveis, quando queimado completamente, libera mais dióxido de carbono no ambiente pela mesma quantidade de energia produzida? a) Benzeno. b) Metano. c) Glicose. d) Octano. e) Etanol. 7. (Enem ) No que tange à tecnologia de combustíveis alternativos, muitos especialistas em energia acreditam que os alcoóis vão crescer em importância em um futuro próximo. Realmente, alcoóis como metanol e etanol têm encontrado alguns nichos para uso doméstico como combustíveis há muitas décadas e, recentemente, vêm obtendo uma aceitação cada vez maior como

4 aditivos, ou mesmo como substitutos para gasolina em veículos. Algumas das propriedades físicas desses combustíveis são mostradas no quadro seguinte. Álcool Metanol (CH 3 OH) Etanol (CH 3 CH OH) Densidade a 5 C (g/ml) Calor de Combustão (kj/mol),79 76,,79 367, Dados: Massas molares em g/mol: H =,; C =,; O = 6,. Considere que, em pequenos volumes, o custo de produção de ambos os alcoóis seja o mesmo. Dessa forma, do ponto de vista econômico, é mais vantajoso utilizar a) metanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente,7 kj de energia por litro de b) etanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 9,7 kj de energia por litro de c) metanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 7,9 MJ de energia por litro de d) etanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 3,5 MJ de energia por litro de e) etanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 33,7 MJ de energia por litro de 8. (Enem ) O abastecimento de nossas necessidades energéticas futuras dependerá certamente do desenvolvimento de tecnologias para aproveitar a energia solar com maior eficiência. A energia solar é a maior fonte de energia mundial. Num dia ensolarado, por exemplo, aproximadamente kj de energia solar atinge cada metro quadrado da superfície terrestre por segundo. No entanto, o aproveitamento dessa energia é difícil porque ela é diluída (distribuída por uma área muito extensa) e oscila com o horário e as condições climáticas. O uso efetivo da energia solar depende de formas de estocar a energia coletada para uso posterior. BROWN, T. Química, a ciência central. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 5. Atualmente, uma das formas de se utilizar a energia solar tem sido armazená-la por meio de processos químicos endotérmicos que mais tarde podem ser revertidos para liberar calor. Considerando a reação: CH 4(g) + H O (v) + calor CO (g) + 3H (g) e analisando-a como potencial mecanismo para o aproveitamento posterior da energia solar, concluise que se trata de uma estratégia a) insatisfatória, pois a reação apresentada não permite que a energia presente no meio externo seja absorvida pelo sistema para ser utilizada posteriormente. b) insatisfatória, uma vez que há formação de gases poluentes e com potencial poder explosivo, tornando-a uma reação perigosa e de difícil controle. c) insatisfatória, uma vez que há formação de gás CO que não possui conteúdo energético passível de ser aproveitado posteriormente e é considerado um gás poluente. d) satisfatória, uma vez que a reação direta ocorre com absorção de calor e promove a formação das substâncias combustíveis que poderão ser utilizadas posteriormente para obtenção de energia e realização de trabalho útil. e) satisfatória, uma vez que a reação direta ocorre com liberação de calor havendo ainda a formação das substâncias combustíveis que poderão ser utilizadas posteriormente para obtenção de energia e realização de trabalho útil. 9. (Enem cancelado 9) Vários combustíveis alternativos estão sendo procurados para reduzir a demanda por combustíveis fósseis, cuja queima prejudica o meio ambiente devido à produção de dióxido de carbono (cuja massa molar é igual a 44 g.mol ).

5 Três dos mais promissores combustíveis alternativos são o hidrogênio, o etanol e o metano. A queima de mol de cada um desses combustíveis libera uma determinada quantidade de calor, que estão apresentadas na tabela a seguir. Combustível Massa molar (g.mol ) Calor liberado na queima (kj mol ) H 7 CH C H 5 OH a) 43 kj b) 34 kj c) 43 kj d) 58 kj e).53 kj Considere que foram queimadas massas, independentemente, desses três combustíveis, de forma tal que em cada queima foram liberados 54 kj. O combustível mais econômico, ou seja, o que teve a menor massa consumida, e o combustível mais poluente, que é aquele que produziu a maior massa de dióxido de carbono, foram, respectivamente, a) o etanol, que teve apenas 46 g de massa consumida, e o metano, que produziu 9 g de CO. b) o hidrogênio, que teve apenas 4 g de massa consumida, e o etanol, que produziu 35 g de CO. c) o hidrogênio, que teve apenas g de massa consumida, e o metano, que produziu 64 g de CO. d) o etanol, que teve apenas 96 g de massa consumida, e o metano, que produziu 76 g de CO. e) o hidrogênio, que teve apenas g de massa consumida, e o etanol, que produziu 35 g de CO.. (Ufrgs 6) Com base no seguinte quadro de entalpias de ligação, assinale a alternativa que apresenta o valor da entalpia de formação da água gasosa. Ligação Entalpia (kj mol ) H O 464 H H 436 O O O 498 O 34

6 GABARITO: : [B] 5 CH(g) O(g) CO(g) H O( ) Hc 3 kcal mol (manter e multiplicar por 3) C6H6( ) O(g) 6 CO(g) 3 H O( ) Hc 78 kcal mol (inverter) 3 CH(g) O(g) 6 CO(g) 3 H O( ) Hc 3 ( 3) kcal mol 6 CO(g) 3 H O( ) C6H6( ) O(g) Hc 78 kcal mol Global 3 CH(g) C6H6( ) H [3 ( 3) 78] kcal mol H kcal mol 4: [C] A partir da análise do diagrama, vem: Bio óleo O CO H O H 8,8 kj / g (g) (g) ( ) CO (g) H O(g) CO(g) H O( ) H,4 kj / g Invertendo a segunda equação e aplicando a Lei de Hess, teremos: Bio óleo O(g) CO(g) HO ( ) H 8,8 kj / g CO(g) HO ( ) CO(g) H O(g) H,4 kj / g Global Bio óleo O(g) CO(g) H O(g) H H H H 8,8,4 6,4 kj / g g 5g 6,4 kj (liberados) 5 ( 6,4) kj (liberados) 8, kj Variação de entalpia 8, kj 5: [E] : [D] g de pastilhas de urânio têm 3% de U 35. mu 35,3 g 3, g 35 g de U 35,35 kj 3, g g de U , kj MCO 44 g / mol C(s) O (g) CO (g) H 4 kj mol 44 g 4 kj liberados 8 mco 3, kj liberados 8 6 mco,33 g 33, g mco 33, t E Substância Fórmula Energia Acetileno CH Etano CH 6 Etanol CH5OH 98 kj / mol de CH CH 6 g / mol 98 kj / mol de CH 49,93 kj / g 6 g / mol Para g (kg) : kj 58 kj / mol de CH CH6 3 g / mol 58 kj / mol de CH 5,933 kj / g 3 g / mol Para g (kg) : kj 366 kj / mol de CH CH5OH 46 g / mol 366 kj / mol de CH 9,696 kj / g 46 g / mol Para g (kg) : kj 3: [A] CH O CO H O 4(g) (g) (g) (v) 4 (C H) (O O) (C O) ( O H) ΔH 4 ( 43 kj) ( 494 kj) ( 84 kj) 4 ( 463 kj) Rompimento de ligações ΔH 64 kj 346 kj ΔH 8kJ mol Formação de ligações Hidrogêni o H Metanol CH3OH 4 kj / mol de CH H g / mol 4 kj / mol de CH kj / g g / mol Para g (kg) :. kj 558 kj / mol de CH CH3O 3 g / mol 558 kj / mol de CH 8 kj / g 3 g / mol Para g (kg) : 8. kj

7 Conclusão: a substância mais eficiente para a obtenção de energia, na combustão de kg (. g) de combustível, é o hidrogênio (. kj). 6: [C] Reações de combustão: C 6H6 O 6CO 3HO hc 368 kj C H OH 3O CO 3H O h 368 kj 5 C C H O 6O 6CO 6H O h 88 kj 6 6 C CH O CO H O h 89 kj 4 C 5 C 8H8 O 8CO 9HO hc 547 kj Para uma mesma quantidade de energia liberada ( kj), teremos; C 6H6 O 6CO 3HO hc 368 kj 6 mols 368 kj (liberados) x,84 mol x mols C H OH 3O CO 3H O h 368 kj 5 C y,46 mol mols y mols C H O 6O 6CO 6H O h 88 kj 6 6 C z,4 mol 6 mols z mols CH O CO H O h 89 kj 4 C t, mol mols t mols kj (liberados) 368 kj (liberados) kj (liberados) 88 kj (liberados) kj (liberados) 89 kj (liberados) kj (liberados) 5 C 8H8 O 8CO 9HO hc 547 kj 8 mols 547 kj (liberados) w,46 mol w mols kj (liberados) Conclusão: Para uma mesma quantidade de energia liberada ( kj) a glicose libera maior quantidade de CO. 7: [D] Cálculo da energia liberada por litro de metanol: Massa molar do metanol = 3 g.mol - L metanol 79 g 3 g (metanol) 76 kj 79 g (metanol) E E = 793, kj = 7,9 MJ Cálculo da energia liberada por litro de etanol: Massa molar do etanol = 46 g.mol - L etanol 79 g 46 g (etanol) 367 kj 79 g (etanol) E E = 3476,7 kj = 3,5 MJ É mais vantajoso usar o etanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 3,5 MJ de energia por litro de 8: [D] Considerando a reação: CH 4 (g) + H O(v) + calor CO(g) + 3H (g) (reação endotérmica) E analisando-a como potencial mecanismo para o aproveitamento posterior da energia solar, concluise que se trata de uma estratégia satisfatória, uma vez que a reação direta ocorre com absorção de calor e promove a formação das substâncias combustíveis que poderão ser utilizadas posteriormente para obtenção de energia e realização de trabalho útil. 9: [B] Teremos: H + ½ O H O Multiplicando por, vem: H = 7 kj H + O H O H = 54 kj mols de H = x g = 4 g de hidrogênio consumidos.

8 CH 4 + O CO + H O H = 9 kj Multiplicando por 6, vem: 6CH 4 + O 6CO + H O H = 54 kj Foram produzidos 6 mols de CO = 6 x 44 g = 64 g. C H 5 OH + 3O CO + 3H O H = 35 kj Multiplicando por 4, vem: 4C H 5 OH + O 8CO + H O H = 54 kj Foram produzidos 8 mols de CO = 8 x 44 g = 35 g. : [A] Cálculo da entalpia de formação da água gasosa: H O HO H H H O H 436 kj O O 464 kj,5 498 kj ΔH 436, kj ΔH 43 kj mol