Questão 9 (Química) do ITA 2013

Question

100 gramas de água líquida foram aquecidos utilizando o calor liberado na combustão completa de 0,25 gramas de etanol. Sabendo que a variação da temperatura da água foi de 12{,}5\text{ }^0C, assinale a alternativa que apresenta o valor CORRETO para a entalpia molar de combustão do etanol. Considere que a capacidade calorífica da água é igual a 4{,}18\ \text{kJ}\cdot\text{kg}^{-1}\cdot{}^\circ\text{C}^{-1} e que a energia liberada na combustão do etanol foi utilizada exclusivamente no aquecimento da água.

A
-961\text{ }kJ
B
-5{,}2\text{ }kJ
C
+4{,}2\text{ }kJ
D
+5{,}2\text{ }kJ
E
+961\text{ }kJ

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 9 (Química) do ITA 2013

Química · Química: Combustão e poder calorífico

Texto-base das questões 01 a 20 · Química

Constante de Avogadro = 6,02 \times 10^{23}\ mol^{-1}

Constante de Faraday (F) = 9,65 \times 10^4\ C \cdot mol^{-1} = 9,65 \times 10^4\ A \cdot s \cdot mol^{-1} = 9,65 \times 10^4\ J \cdot V^{-1} \cdot mol^{-1}

Volume molar de gás ideal = 22,4\ L\quad (CNTP)

Carga elementar = 1,602 \times 10^{-19}\ C

Constante dos gases (R) = 8,21 \times 10^{-2}\ atm \cdot L \cdot K^{-1} \cdot mol^{-1} = 8,31\ J \cdot K^{-1} \cdot mol^{-1} = 1,98\ cal \cdot K^{-1} \cdot mol^{-1} = 62,4\ mmHg \cdot L \cdot K^{-1} \cdot mol^{-1}

Constante gravitacional (g) = 9,81\ m \cdot s^{-2}

Constante de Rydberg (R_\infty hc) = 2,18 \times 10^{-18}\ J = 13,6\ eV

DEFINIÇÕES

Pressão de 1\ atm = 760\ mmHg = 101\,325\ N \cdot m^{-2} = 760\ Torr

1\ J = 1\ N \cdot m = 1\ kg \cdot m^2 \cdot s^{-2}; 1\ pm = 1 \times 10^{-12}\ m; 1\ eV = 1,602 \times 10^{-19}\ J

Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0\ ^0\text{C} e 760\ mmHg

Condições ambientes: 25\ ^0\text{C} e 1\ atm

Condições-padrão: 25\ ^0\text{C} e 1\ atm; concentração das soluções = 1\ mol \cdot L^{-1} (rigorosamente: atividade unitária das espécies); sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão.

(s) = sólido. (\ell) = líquido. (g) = gás. (aq) = aquoso. (CM) = circuito metálico. (conc) = concentrado.

(ua) = unidades arbitrárias. [A] = concentração da espécie química A em mol \cdot L^{-1}.

MASSAS MOLARES

Elemento Químico	Número Atômico	Massa Molar (g \cdot mol^{-1})	Elemento Químico	Número Atômico	Massa Molar (g \cdot mol^{-1})
H	1	1,01	Ca	20	40,08
Li	3	6,94	Cr	24	52,00
B	5	10,81	Fe	26	55,85
C	6	12,01	Cu	29	63,55
N	7	14,01	Zn	30	65,38
O	8	16,00	Ge	32	72,63
F	9	19,00	Br	35	79,90
Na	11	22,99	Ag	47	107,90
Mg	12	24,31	I	53	126,90
Al	13	26,98	Xe	54	131,30
P	15	30,97	Ba	56	137,30
S	16	32,07	Pt	78	195,10
Cl	17	35,45	Hg	80	200,60
K	19	39,10	Pb	82	207,20

100 gramas de água líquida foram aquecidos utilizando o calor liberado na combustão completa de 0,25 gramas de etanol. Sabendo que a variação da temperatura da água foi de 12{,}5\text{ }^0C, assinale a alternativa que apresenta o valor CORRETO para a entalpia molar de combustão do etanol. Considere que a capacidade calorífica da água é igual a 4{,}18\ \text{kJ}\cdot\text{kg}^{-1}\cdot{}^\circ\text{C}^{-1} e que a energia liberada na combustão do etanol foi utilizada exclusivamente no aquecimento da água.

A
-961\text{ }kJ
B
-5{,}2\text{ }kJ
C
+4{,}2\text{ }kJ
D
+5{,}2\text{ }kJ
E
+961\text{ }kJ

Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.

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Resolução comentada

A energia liberada na combustão é toda absorvida pela água, então calculamos o calor recebido pela água com Q = m\cdot c\cdot \Delta T.

Massa da água: 100\ \text{g} = 0{,}100\ \text{kg}.
Calor absorvido: Q = 0{,}100 \times 4{,}18 \times 12{,}5 = 5{,}225\ \text{kJ}.
Massa molar do etanol, \ce{C2H6O}: 2(12{,}01) + 6(1{,}01) + 16{,}00 = 46{,}08\ \text{g/mol}.
Quantidade de etanol queimado: n = \dfrac{0{,}25}{46{,}08} \approx 5{,}43\times 10^{-3}\ \text{mol}.
Calor por mol: \dfrac{5{,}225}{5{,}43\times 10^{-3}} \approx 963\ \text{kJ/mol}, que é aproximadamente 961\ \text{kJ} (a diferença vem dos arredondamentos).

Como a combustão libera calor (processo exotérmico), a entalpia de combustão é negativa: \Delta H \approx -961\ \text{kJ/mol}.

Alternativa A.

Pegadinha: A alternativa E engana ao trazer o valor numérico correto com o sinal trocado; a combustão é exotérmica, logo \Delta H<0.

Por que as outras alternativas estão erradas

BUsa só o calor total recebido pela água (5,2 kJ), sem converter para entalpia molar e sem dividir pelo número de mols.
CValor sem sentido e positivo; não corresponde ao cálculo nem ao sinal de uma combustão.
DMantém o calor total (5,2 kJ) e erra o sinal, pois combustão é exotérmica.
EMódulo correto, mas com sinal positivo, ignorando que a combustão libera calor.

Assunto: Combustão e poder calorífico.

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Questão 9 no caderno Química do ITA 2013

Fonte: ITA 2013 · Química. Prova oficial ↗