Questão 39
ESPCEX 2015
(EsPCEx - 2015)
Quantidades enormes de energia podem ser armazenadas em ligações químicas e a quantidade empírica estimada de energia produzida numa reação pode ser calculada a partir das energias de ligação das espécies envolvidas. Talvez a ilustração mais próxima deste conceito no cotidiano seja a utilização de combustíveis em veículos automotivos. No Brasil alguns veículos utilizam como combustível o Álcool Etílico Hidratado Combustível, conhecido pela sigla AEHC (atualmente denominado comercialmente apenas por ETANOL).
Considerando um veículo movido a AEHC, com um tanque de capacidade de 40 L completamente cheio, além dos dados de energia de ligação química fornecidos e admitindo-se rendimento energético da reação de 100%, densidade do AEHC de 0,80 g/cm³ e que o AEHC é composto, em massa, por 96% da substância etanol e 4% de água, a quantidade aproximada de calor liberada pela combustão completa do combustível deste veículo será de
Dados: massas atômicas: C = 12 u ; O = 16 u ; H = 1u
2,11 x 105 kJ
3,45 x 103 kJ
8,38 x 105 kJ
4,11 x 104 kJ
0,99 x 104 kJ
Gabarito:
8,38 x 105 kJ
Resolução:
40 l de combustível e densidade e 0,8 g/cm³. Logo, a massa de combustível é:
m = 40 000 cm³ * 0,8 g/cm³ = 32 000 g
Dessa massa, 96% é de etanol e 4 % de água, então temos as respectivas massas:
met = 0,96*32 000 g = 30720 g
mH2O = 1280 g
Sendo assim, o número de mol de etanol é:
net = met/MMet = 30720 g/46 g/mol 668 mol
Apenas o etanol sofre combustão:
H3CCH2OH + 3 O2 -----> 3 H2O + 2 CO2
Vendo a estrutura do etanol, vemos que, na combustão de um mol dele, são quebradas 5 mol de ligações C-H, um mol de ligações C-O, um mol de ligações O-H, 1 mol de ligações C-C e 3 mol de ligações O=O.
E são formadas 6 mol de ligações O-H (duas por molécula de H2O) e 4 mol de ligações C=O (duas por molécula de CO2).
Sendo assim, a entalpia de combustão do etanol pode ser dada por:
= (energia das ligações quebradas) - (energia das ligações formadas)
= (5*413 + 1*348 + 1*358 + 1*463 + 3*495) - (6*463 + 4*799) = -1255 kJ/mol de etanol
Mas como foram queimados 668 mol de etanol, então a energia liberada foi de:
E = 668 mol * 1255 kJ/mol = 8,38 * 105 kJ