PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão Q07 da 2ª fase da FUVEST 2007
Existem vários tipos de carvão mineral, cujas composições podem variar, conforme exemplifica a tabela a seguir.
| tipo de carvão | umidade (% em massa) |
material volátil* (% em massa) |
carbono não volátil (% em massa) |
outros constituintes** (% em massa) |
|---|---|---|---|---|
| antracito | 3,9 | 4,0 | 84,0 | 8,1 |
| betuminoso | 2,3 | 19,6 | 65,8 | 12,3 |
| sub-betuminoso | 22,2 | 32,2 | 40,3 | 5,3 |
| lignito | 36,8 | 27,8 | 30,2 | 5,2 |
- Considere semelhante a composição do material volátil para os quatro tipos de carvão.
** Dentre os outros constituintes, o principal composto é a pirita, \ce{Fe^{2+}S_2^{2-}}.
a) Qual desses tipos de carvão deve apresentar menor poder calorífico (energia liberada na combustão por unidade de massa de material)? Explique sua resposta.
b) Qual desses tipos de carvão deve liberar maior quantidade de gás poluente (sem considerar \ce{CO} e \ce{CO2}) por unidade de massa queimada? Justifique sua resposta.
c) Escreva a equação química balanceada que representa a formação do gás poluente a que se refere o item b (sem considerar \ce{CO} e \ce{CO2}).
d) Calcule o calor liberado na combustão completa de 1{,}00 \times 10^3\ \text{kg} de antracito (considere apenas a porcentagem de carbono não volátil).
| Dados: entalpia de formação do dióxido de carbono gasoso .... - 400\ \text{kJ/mol} massa molar do carbono ................................................ 12\ \text{g/mol} |
|---|
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Resolução comentada
a) O poder calorífico depende de quanto material combustível há por unidade de massa. Nesses carvões, o combustível é o carbono não volátil e também o material volátil. A umidade (água) e os outros constituintes (cinzas, pirita) não fornecem energia útil, e a água ainda consome energia para vaporizar. O lignito tem o menor teor de carbono não volátil (30{,}2\%) e a maior umidade (36{,}8\%). Seu material volátil (27{,}8\%) não compensa isso, porque o sub-betuminoso tem mais volátil e mais carbono. Portanto, o lignito tem o menor poder calorífico.
Resposta: lignito.
b) O gás poluente, além de \ce{CO} e \ce{CO2}, vem do enxofre da pirita (\ce{FeS2}), que na queima forma \ce{SO2}. Assim, quanto maior a porcentagem de "outros constituintes", maior a quantidade de pirita e de \ce{SO2} liberado por unidade de massa. O betuminoso tem o maior teor (12{,}3\%, contra 8{,}1\%, 5{,}3\% e 5{,}2\% dos demais).
Resposta: betuminoso, por ter mais pirita e, portanto, liberar mais \ce{SO2}.
c) Na combustão da pirita, o ferro(II) é oxidado a ferro(III) e o enxofre vira \ce{SO2}:
Resposta: \ce{4 FeS2 + 11 O2 -> 2 Fe2O3 + 8 SO2}.
d) Como só o carbono não volátil conta, a reação é \ce{C + O2 -> CO2}, com \Delta H = -400\ \text{kJ/mol} (entalpia de formação do \ce{CO2}, já que o \ce{C} e o \ce{O2} têm entalpia zero).
- Massa de antracito: 1{,}00\times10^3\ \text{kg} = 1{,}00\times10^6\ \text{g}.
- Massa de carbono (84{,}0\%): 0{,}840 \times 1{,}00\times10^6 = 8{,}40\times10^5\ \text{g}.
- Quantidade de matéria: \dfrac{8{,}40\times10^5}{12} = 7{,}00\times10^4\ \text{mol}.
- Calor liberado: 7{,}00\times10^4 \times 400 = 2{,}8\times10^7\ \text{kJ}.
Resposta: 2{,}8\times10^7\ \text{kJ} liberados (\Delta H = -2{,}8\times10^7\ \text{kJ}).
Assuntos: Combustão e poder calorífico, Cálculo estequiométrico, Lei de Hess, entalpia de formação e energia de ligação.
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