O consumo de um automovel movido a alcool etilico (etanol) é de 10 km/kg de alcool. Quando este alcool sofre combustão (queima) a quantidade de energia que ele libera é aproximadamente 1,4 × 10^3 kj/mol (1400 quilojoules por mol) conforme a reação.
C2H5OH(l) + O2(g)➡CO2(g) + H2O(l)
A- a quantidade de etanol contida em um tanque de combustivel de um autovel corresponde a 55 litros. Quando este automovel queimar todo este combustivel, qual a quantida de energia (calor) que ele terá liberado? (Dado: densidade do etanol 0, 80g/cm^3).
B- considerando a reação de combustão, qual a quantidade de gás carbônico (CO2) emitida para atmosfera na queims de 44 kg de etanol?
Respostas
A) Dada a densidade do etanol = 0,80 g/cm³ e o volume de etanol 55 L, podemos encontrar a massa de etanol que corresponde a esse volume e posteriormente poremos encontrar o nº de mols para calcular a energia liberada.
Sabendo que 1 L = 1000 cm³, temos que 55 L serão equivalente a 55000 cm³. É preciso converter para cm³, pois a densidade está em g/cm³.
d = m/V (Dada a densidade = 0,80 g/cm³ e V = 55000 cm³)
0,80 = m/55000
m = 44000 g
Encontrada a massa de álcool vamos encontrar o nº de mols (n) correspondente a essa massa:
n = m/MM
Onde, m = massa = 44000 g e MM = massa molar do etanol = 46 g/mol
(Considerando, C = 12 g/mol, O = 16 g/mol e H = 1 g/mol)
Massa Molar: C₂H₅OH = 2C + 6H + O = 2. 12 g + 6 . 1 g + 16 g = 46 g/mol.
Jogando os dados na fórmula do nº de mols:
n = 44000/46
n = 956,522 mols (valor arredondado)
Agora usamos a relação de mols por energia que é 1400 kJ por mol, para fazer uma regra de três:
Se: 1400 kJ -------------------------- 1 mol
Então: x kJ -------------------------- 956,522 mols
Multiplicando cruzado:
x = 1339130,8 kJ de energia liberada.
B) Como ele pede a quantidade de CO₂ formada na reação, é preciso primeiro realizar o balanceamento da mesma para usarmos nos cálculos os índices estequiométricos corretos:
C₂H₅OH(l) + O₂(g)➡CO₂(g) + H₂O(l)
Dica: O quantidade de CO₂ formada sempre será igual a quantidade de carbonos do combustível, nesse caso é o C₂H₅OH, que tem 2 carbonos, logo, teremos a formação de 2 CO₂:
C₂H₅OH(l) + O₂(g)➡ 2 CO₂(g) + H₂O(l)
Dica: para balancear a água basta dividir o número de hidrogênios do combustível por 2. O C₂H₅OH tem um total de 6 H, logo, teremos 6/2 = 3 águas:
C₂H₅OH(l) + O₂(g)➡ 2 CO₂(g) + 3 H₂O(l)
Por fim, faz-se o balanceamento dos oxigênios: temos no produto 7 oxigênios no total. Como cada molécula de O₂ (no reagente) fornece 2 oxigênios é preciso ter 7/2 moléculas de O₂ para balancear a equação:
C₂H₅OH(l) + 7/2 O₂(g)➡ 2 CO₂(g) + 3 H₂O(l)
Esse valor com a fração não altera os cálculos estequiométricos, por isso pararei o balanceamento aqui. Se quiser deixar na "melhor forma", ou seja, com os menores números inteiros possíveis seria preciso multiplicar ambos os lados da equação por 2 para eliminar a fração e a equação ficaria assim:
(2x) C₂H₅OH(l) + 7/2 O₂(g)➡ 2 CO₂(g) + 3 H₂O(l) (2x)
2 C₂H₅OH(l) + 7 O₂(g)➡ 4 CO₂(g) + 6 H₂O(l)
Porém, como falei antes, deixar na forma de fração não altera os cálculos. Usarei os índices estequiométricos da equação com o número em forma de fração mesmo. (se quiser testar você pode usar os índices estequiométricos dessa última equação, você obterá os mesmo valores):
Veja que, pela equação, 1 mol de C₂H₅OH produz 2 mol de CO₂. Usando as massas molares temos que:
1 mol de C₂H₅OH = 46 g formar 2 mol de CO₂(g) = 2 x 44 g/mol = 88 g
Assim, faz-se a regra de três:
Se: 46 g de Etanol ------------------------ 88 g de CO₂
Então: 44 kg de Etanol------------------------- x kg de CO₂
Multiplicando cruzado:
46 . x = 3872
x = 3872 / 46 = 84,174 kg de CO₂