Questão 13

Gabarito:

2,9

Resolução:

A reação de combustão do metano é representada pela equação:

CH₄ + 2 O₂ → 2 H₂O + CO₂          ΔH = ?

A entalpia dessa reação pode ser calculada pela fórmula:

Portanto, a entalpia da reação de combustão do metano é -890 kJ.

A água passa por um aquecimento, variando sua temperatura de 25ºC para 100ºC, portanto, a variação é de 75ºC:

 

A quantidade de energia envolvida no processo de aquecimento da água pode ser calculado a partir da seguinte fórmula:

sendo Q = energia utilizada no aquecimento; c = capacidade calorífica da água à pressão constante (75,9J/mol ºC); ΔT = variação da temperatura.

Substituindo os valores na fórmula:

Portanto, a energia envolvida no aquecimento da água é de 5692,5 J/mol. Como a massa molar da água é de aproximadamente 18g/mol, a energia para aquecer 1000 g (1 L) de água é:

18 g de H₂O --------------- 5692,5 J

1000 g de H₂O ----------- x 

x = 316222 J 

Portanto, 316 kJ é a energia total envolvida no aquecimento de 1 L de água.

Além do aquecimento, também existe a energia envolvida na vaporização da água. Para calcular a energia para vaporizar 1000 g de água, utiliza-se o dados fornecido de entalpia de vaporização. Se a entalpia de vaporização é 40,66 kJ/mol, ou seja, 40,66 kJ a cada 18 g de água, a entalpia para 1000 g será:

40,66 kJ -------- 18 g de H₂O

y ------------------- 1000 g de H₂O

y = 2259 kJ 

A energia total de vaporização é 2259 kJ. 

Já a energia de todo o processo é calculada pela soma da energia de aquecimento e vaporização:

Para finalizar, calcula-se a quantidade de matéria de CH₄ responsável por liberar uma energia de 2575 kJ, sabendo que a entalpia por mol de CH₄ é -890,38 kJ:

1 mol de CH₄ ---------- 890,38 kJ

z ---------------------------- 2575 kJ

z = 2,9 mol de CH₄

Portanto, a quantidade de matéria de CH₄ é de 2,9 mol, correspondendo ao gabarito letra C.