Questão 5

ITA 2011

Química

(ITA - 2011 - 1ª Fase)

Considere a energia liberada em

I. combustão completa (estequiométrica) do octano e em

II. célula de combustível de hidrogênio e oxigênio.

Assinale a opção que apresenta a razão CORRETA entre a quantidade de energia liberada por átomo de hidrogênio na combustão do octano e na célula de combustível.

Dados: Energias de ligação, em kJ mol^-1:

A

0,280

B

1,18

C

2,35

D

10,5

E

21,0

Gabarito:

2,35

Resolução:

• Equação da reação de combustão do octano:

C₈H_18(g) + ²⁵/₂ O_2(g) → 8 CO_2(g) + 9 H₂O_(l)

Calcula-se a variação de entalpia a partir das energias das ligações formadas e rompidas.

São formadas 16 mol de ligações C=O (2 para cada mol de CO₂) e 18 mol de ligações H-O (2 para cada mol de H₂O). A formação de ligações é um processo exotérmico.

São rompidas 7 mol de ligações C-C, 18 mol de ligações C-H e ²⁵/₂ mol de ligações O=O. O rompimento de ligações é um processo endotérmico.

Portanto, a variação de entalpia da reação é

$Delta H_{r} = 7cdot Delta H_{C-C} + 18cdot Delta H_{C-H}+ frac{25}{2}cdot Delta H_{O=O} - (16cdot Delta H_{C=O} + 18cdot Delta H_{H-O})$

$Delta H_{r} = 7cdot 347 + 18cdot 413+frac{25}{2}cdot 498 - (16cdot 803 + 18cdot 464)$

$Delta H_{r} = -5112;kJ$

Cálculo da energia liberada por átomo de hidrogênio:

$Delta H_{liberado;I} = frac{5112;kJ}{18;mol}$

$Delta H_{liberado;I} = 284;kJcdot mol^{-1}$

• Equação da reação entre oxigênio e hidrogênio na célula combustível:

H_2(g) + ¹/₂ O₂ → H₂O_(l)

São formadas 2 mol de ligações H-O.

São rompidas 1 mol de ligações H-H e ¹/₂ mol de ligações O₂.

Portanto, a variação de entalpia da reação é

$Delta H_{r} = Delta H_{H-H}+frac{1}{2};Delta H_{O=O} - 2cdot Delta H_{H-O}$

$Delta H_{r} = 436+frac{1}{2};498 - 2cdot 464$

$Delta H_{r} = -243;kJ$

Cálculo da energia liberada por átomo de hidrogênio:

$Delta H_{liberado;II} = frac{243;kJ}{2;mol}$

$Delta H_{liberado;II} = 121,5;kJcdot mol^{-1}$

• Cálculo da razão entre os valores das energias liberadas em cada reação:

$R = frac{Delta H_{liberado;I}}{Delta H_{liberado;II}}$

$R = frac{284; kJcdot mol^{-1}}{121,5;kJcdot mol^{-1}}$

$R = 2,34$

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