UNIFOR 1ª Fase 2012/2
O butano é o gás incolor, inodoro e altamente inflamável, amplamente empregado em botijões de gás de cozinha devido ao seu poder energético, disponibilidade e baixo custo, entre outros fatores. A equação química, não balanceada, de combustão é apresentadas abaixo, a 25 0C e pressão de 1 atm.
C4H10 (g) + O2 (g) → CO2 (g) + H2O (I)
ΔH = -2900 KJ/mol
Com base na reação de combustão do butano, na entalpia de formação da H2O (l), – 286 kJ/mol, e na entalpia de formação do CO2 (g), -393 kJ/mol, afirma-se que:
I – O uso de 1 kg deste gás produzirá aproximadamente uma quantidade de calor de 50 x 103 kJ.
II – O volume de gás butano consumido, para 1kg deste gás, a 25 0C e 1,0 atm, será de 24,5 L.
III – O calor de formação do butano é -102 kJ/mol.
IV – Durante a reação de combustão do butano ocorre a quebra de 4 ligações C-C e 10 C-H.
Marque a opção VERDADEIRA.
Somente as afirmativas I e II são corretas.
Somente as afirmativas I e III são corretas.
Somente as afirmativas II e III são corretas.
Somente as afirmativas III e IV são corretas.
Somente as afirmativas I, II e IV são corretas.
Resolução
Resolução passo a passo
1. Ajuste da equação de combustão
Para trabalhar com entalpia de combustão é necessário escrever a reação balanceada:
C4H10(g) + 6,5 O2(g) → 4 CO2(g) + 5 H2O(l) ΔHcomb = −2900 kJ por mol de butano
2. Análise de cada afirmação
Afirmação I
• Massa de 1 kg de butano → \(n=\frac{1000\;\text{g}}{58\;\text{g mol}^{-1}}≈17,24\;\text{mol}\).
• Calor liberado → \(17{,}24\,\text{mol}\times2900\,\text{kJ mol}^{-1}\approx5{,}0\times10^{4}\,\text{kJ}\).
✓ Correta.
Afirmação II
• Volume molar a 25 °C (298 K) e 1 atm: \(V_m\approx24{,}5\,\text{L mol}^{-1}\).
• Para 17,24 mol: \(V\approx17,24\times24,5≈4,22\times10^{2}\,\text{L}\).
• A proposição indica 24,5 L → valor cerca de 17 × menor.
✗ Incorreta.
Afirmação III
Usando a lei de Hess:
\[\Delta H_{\text{comb}} = \sum \Delta H_f(\text{produtos}) - \sum \Delta H_f(\text{reagentes})\]
\[-2900 = [4(-393) + 5(-286)] - [\Delta H_f(\text{C}_4\text{H}_{10})+0]\]
\[-2900 = (-1572 -1430) - \Delta H_f\]
\[-2900 = -3002 - \Delta H_f\Rightarrow \Delta H_f = -3002 + 2900 = -102\,\text{kJ mol}^{-1}.\]
✓ Correta.
Afirmação IV
A molécula de butano (lineal ou ramificada) possui apenas 3 ligações C–C e 10 ligações C–H. A proposição fala em 4 ligações C–C.
✗ Incorreta.
Conclusão
Apenas as afirmações I e III estão corretas.
Alternativa correta: B.
Dicas
Erros Comuns
- Entalpia de combustão (ΔHcomb): calor liberado na queima completa de 1 mol de substância.
- Entalpia de formação (ΔHf): variação de entalpia para formar 1 mol de composto a partir dos elementos em estado padrão.
- Lei de Hess: a variação de entalpia de uma reação é a soma das entalpias das etapas em que ela pode ser decomposta.
- Gás ideal: \(PV = nRT\). A 25 °C (298 K) e 1 atm, \(V_m≈24,5\,\text{L mol}^{-1}\).
- Estrutura do butano: quatro carbonos ligados em cadeia (n-butano) ou três em cadeia principal e um ramificado (isobutano), totalizando 3 ligações C–C e 10 ligações C–H.
