FMABC 2017
O metano é o principal componente do gás natural, importante combustível doméstico e industrial. Em condições de excesso de gás oxigênio, o metano queima completamente formando gás carbônico e água. Entretanto, em situações em que a disponibilidade de oxigênio não é abundante, forma-se monóxido de carbono, um gás extremamente tóxico.
A partir das informações do diagrama de entalpia, conclui-se que para a formação de 140 g de monóxido de carbono através da combustão incompleta do metano são
absorvidos aproximadamente 6,1 x 102 kJ.
absorvidos aproximadamente 3,0 x 103 kJ.
liberados aproximadamente 6,1 x 102 kJ.
liberados aproximadamente 3,0 x 103kJ.
Resolução
1. Equação da combustão incompleta
Em baixa disponibilidade de oxigênio, o metano queima segundo
\[ \mathrm{CH_4(g)+\tfrac32\,O_2(g)\;\longrightarrow \;CO(g)+2\,H_2O(l)} \tag{1}\]
2. Obtendo ΔH da reação (1) a partir do diagrama
- Combustão completa:
\(\mathrm{CH_4+2O_2\rightarrow CO_2+2H_2O}\) ΔH1=−890 kJ - Oxidação do CO:
\(\mathrm{CO+\tfrac12O_2\rightarrow CO_2}\) ΔH2=−283 kJ
Aplicando a Lei de Hess, invertimos a segunda equação (para gerar CO) e somamos:
\[ \text{(2 invertida)}\;\;\mathrm{CO_2\rightarrow CO+\tfrac12O_2}\quad \Delta H=+283\,\text{kJ} \]
Somando com (combustão completa):
\[ \mathrm{CH_4+2O_2+CO_2\rightarrow CO+\tfrac12O_2+2H_2O+CO_2} \]
Cancelando o \(\mathrm{CO_2}\) comum em ambos os lados, chega-se à equação (1). O ΔH resultante é
\[ \Delta H_{(1)} = -890\,\text{kJ}+283\,\text{kJ}= -607\,\text{kJ} \]
Logo, cada mol de CO formado libera 6,07×102 kJ.
3. Massa solicitada
140 g de CO → \(\dfrac{140}{28}=5\) mol.
4. Energia total liberada
\[ Q = 5\,(607\,\text{kJ}) \approx 3,0\times10^{3}\,\text{kJ} \]
5. Conclusão
Para formar 140 g de CO são liberados cerca de 3,0×103 kJ.
Dicas
Erros Comuns
- Entalpia (ΔH): representa o calor trocado a pressão constante. Valor negativo indica reação exotérmica (libera calor).
- Lei de Hess: a variação de entalpia depende apenas dos estados inicial e final. Assim, podemos somar/subtrair reações conhecidas para encontrar ΔH desconhecido.
- Estequiometria: relaciona quantidades (mol ou massa) de reagentes e produtos; depois de achar ΔH por mol, multiplica-se pelo número de mols efetivamente formados.
