Questão 2

ITA 2020

Química

[Resolução ITA 2020 2ª fase 2ª questão]

Acompanhe o raciocínio

$CH_4+2O_2 ightarrow CO_2+2H_2O+underset{calor}{Q}$

$1frac{m^3}{h}H_2O=1000frac{kg}{h}H_2O$

$0,75Q=frac{m}{Delta t}cDelta T$

$frac{m}{Delta t}=frac{1000 kg}{h}$

$Delta T=100^oC-25^oC=75^oC$

$c=1frac{cal}{g^o C}$

Substituindo na equação, temos:

$0,75Q=1000cdot 10^3 cdot 75$

$Q= 10^8 cal/h$

Cálculo do $Delta H$ da reação:

$Delta H_{comb}=Delta H_{prod}-Delta H_{reag}$

$Delta H_{comb}=-left [ Delta H_{o}^{f}left ( CH_{4(g)} ight )+2Delta H_{o}^{f}left ( O_{2(g)} ight ) ight ]+left [ Delta H_{o}^{f}left ( CO_{2(g)} ight )+2Delta H_{o}^{f}left ( H_2O_{(g)} ight ) ight ]$

$O_2$ é substância simples, então $Delta H_{o}^{f}left ( O_{2(g)} ight ) =0$

Substituindo os valores na equação, temos a entalpia molar de combustão:

$Delta H_{comb}=17,9-94,1-57,9=-134,1frac{kcal}{mol}$

Significa que

$1 :mol :de :CH_4overset{produz}{ ightarrow}134.100,0: cal\ x :mols :de :CH_4overset{produz}{ ightarrow}10^8 :cal\$

$x =745,712frac{mol}{h}equiv 11.931,392frac{kg}{h}$

a) Entalpia molar de combustão do metano

$Delta H_{comb}=-134,1frac{kcal}{mol}$

b) Taxa de calor necessária para aquecer a água

$Q=10^8 cal/h$

c) Vazão do metano em kg/h que deve alimentar a caldeira:

$x=11.931,392frac{kg}{h}$

Gabarito:

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