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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 11 (1º semestre · 1º dia · Grupo 1) da 2ª etapa da UFG 2013

1º semestre · 1º dia · Química: Combustão e poder calorífico

Analise o esquema a seguir.

Diagrama esquemático de um experimento onde dois postes verticais, identificados como 1 e 2, estão ligados por um fio levemente encurvado. Uma garrafa PET está presa ao fio próximo ao poste 1, com o bocal apontando para o poste 1, com a indicação 'Pequeno Orifício na Tampa'.

Na garrafa PET ilustrada no esquema, foram colocados alguns mL de etanol. Em seguida, homogenizou-se o etanol com a atmosfera interna, agitando-se a garrafa. Ao acender um fósforo próximo ao pequeno orifício na tampa, ocorre a combustão do etanol no interior da garrafa e ela é deslocada do ponto 1 para o ponto 2. Considerando-se o exposto,

a) escreva a equação balanceada da combustão do etanol ocorrida (admita a combustão completa); (2,0 pontos)

b) explique por que a garrafa se desloca do ponto 1 para o ponto 2. (3,0 pontos)

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a) Na combustão completa, o etanol (\ce{C2H6O} ou \ce{C2H5OH}) reage com o oxigênio do ar e forma gás carbônico e água.

O balanceamento fica assim:

  1. Carbono: 2 C no etanol, então são formados 2 \ce{CO2}.
  2. Hidrogênio: 6 H no etanol, então são formados 3 \ce{H2O}.
  3. Oxigênio: nos produtos há 2\cdot 2 + 3 = 7 átomos de O. O etanol já traz 1, e os outros 6 vêm de 3 \ce{O2}.
\ce{C2H5OH(g) + 3 O2(g) -> 2 CO2(g) + 3 H2O(g)}

Equação: \ce{C2H5OH + 3 O2 -> 2 CO2 + 3 H2O}

b) Ao agitar a garrafa, o vapor de etanol se mistura com o oxigênio do ar que há dentro dela. Quando o fósforo é aceso junto ao orifício, essa mistura entra em combustão.

A reação é exotérmica e produz gases (\ce{CO2} e \ce{H2O} na forma de vapor). Esses gases estão muito quentes, e por isso se expandem e aumentam a pressão dentro da garrafa. Além disso, 1 mol de etanol e 3 mol de \ce{O2} (4 mol de gás) geram 5 mol de gases, o que contribui para o aumento de pressão.

Como a garrafa é fechada e só tem o pequeno orifício na tampa, os gases são expulsos com grande velocidade por esse orifício, voltados para o poste 1. A garrafa exerce uma força sobre os gases para trás, e pela 3ª lei de Newton (ação e reação) os gases exercem sobre a garrafa uma força de mesma intensidade e sentido contrário. Essa força empurra a garrafa para a frente, no sentido do poste 2. O princípio é o mesmo de um foguete, e a garrafa desliza pelo fio.

A combustão exotérmica gera gases quentes que se expandem e saem pelo orifício rumo ao poste 1; pela ação e reação, a garrafa é impulsionada no sentido contrário, para o poste 2.

Assuntos: Combustão e poder calorífico, Leis ponderais e balanceamento.

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Ver como caiu na prova Questão 11 no caderno Grupo 1 da 2ª etapa da UFG 2013

Fonte: UFG 2ª etapa 2013 · 1º semestre · 1º dia · Grupo 1. Prova oficial ↗