PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 1 (Química) da 2ª fase do ITA 2019
Considere reações de combustão do etanol.
a) Escreva a equação química balanceada para a reação com oxigênio puro.
b) Escreva a equação química balanceada para a reação com ar atmosférico.
c) Escreva a equação química balanceada para a reação com 50\% da quantidade estequiométrica de ar atmosférico.
d) Classifique as reações dos itens a), b) e c) em ordem crescente de variação de entalpia reacional.
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Resolução comentada
a) Na combustão completa o etanol forma \ce{CO2} e \ce{H2O}. Balanceando C, H e O:
A conferência dos átomos de O dá 1+6=7 nos reagentes e 4+3=7 nos produtos.
\ce{C2H5OH + 3 O2 -> 2 CO2 + 3 H2O}
b) O ar atmosférico tem aproximadamente 20\% de \ce{O2} e 80\% de \ce{N2} em quantidade de matéria, ou seja, \ce{N2}:\ce{O2}=4:1. Para cada 3 mol de \ce{O2} vêm 12 mol de \ce{N2}. O nitrogênio é praticamente inerte e aparece nos dois lados da equação:
\ce{C2H5OH + 3 O2 + 12 N2 -> 2 CO2 + 3 H2O + 12 N2}
c) Com 50\% do ar estequiométrico, temos 1{,}5 mol de \ce{O2} e 6 mol de \ce{N2} por mol de etanol. Falta oxigênio, então a combustão é incompleta.
Considero que o hidrogênio é oxidado primeiro, formando 3 \ce{H2O}. O oxigênio que sobra, vindo do etanol e do \ce{O2}, oxida só parte do carbono, formando \ce{CO} e fuligem (\ce{C}):
Conferência do O: 1+3=4 nos reagentes e 1+3=4 nos produtos. Outras equações balanceadas com \ce{CO}, \ce{C} e \ce{H2} também são aceitáveis, por exemplo \ce{C2H5OH + 3/2 O2 -> 2 CO + 2 H2O + H2}.
\ce{C2H5OH + 3/2 O2 + 6 N2 -> CO + C + 3 H2O + 6 N2} (com \ce{N2} inerte)
d) A variação de entalpia depende só dos reagentes e dos produtos que de fato reagem ou se formam. O \ce{N2} é espectador, com entalpia de formação nula e sem mudar. Por isso as reações a) e b) têm o mesmo \Delta H, que é o da combustão completa, o mais negativo possível.
Na reação c) parte do carbono não chega a \ce{CO2}. Os produtos (\ce{CO} e \ce{C}) retêm energia que seria liberada na oxidação total. Assim, a reação c) libera menos calor e seu \Delta H é menos negativo, isto é, maior.
Em ordem crescente de \Delta H:
\Delta H_a = \Delta H_b < \Delta H_c
Assunto: Combustão e poder calorífico.
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Fonte: ITA 2ª fase 2019 · Química. Prova oficial ↗