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Dificuldade: fácil

O metano, $\mathrm{CH}_4$, é o principal constituinte do gás natural.

A combustão completa do metano pode ser traduzida por

$$\mathrm{CH}_4(\mathrm{g})+2 \mathrm{O}_2(\mathrm{g}) \rightarrow \mathrm{CO}_2(\mathrm{g})+2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}(\mathrm{l})$$

Nesta reação, a variação de entalpia associada à combustão de $1 \mathrm{~mol}$ de $\mathrm{CH}_4(\mathrm{g})$ é $-890 \mathrm{~kJ}$.

Considere que a energia libertada nesta reação é usada num processo de aquecimento de água e que o rendimento desse processo é $100 \%$.

Questão:

Calcule o volume de metano, medido nas condições normais de pressão e de temperatura (PTN), que tem de reagir completamente para aumentar em $18^{\circ} \mathrm{C}$ a temperatura de uma amostra pura de $5,0 \mathrm{~kg}$ de água.

Apresente todas as etapas de resolução.

Fonte: Exame - 2017, Época especial
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Tabela Periódica
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Formulário

Fonte: IAVE

Fonte: IAVE

Resolução do Exercício:

Comecemos por calcular a energia necessária ao aquecimento em 18ºC desta amostra de água.$$E=mc\Delta\theta\Leftrightarrow E_{\text{aquecimento}}=5,0\times4,18\times10^{3}\times18\Leftrightarrow E_{\text{aquecimento}}\approx3,76\times10^{5}\mathrm{~J}$$A variação de entalpia de uma reação representa o seu balanço energético, sendo que uma variação de entalpia negativa traduz uma reação exotérmica, que liberta energia para o meio exterior na forma de calor. Assim sendo, por cada mol de metano que reage, são libertados 890 kJ de energia, sendo possível calcular o número de moles de metano necessário para perfazer os requisitos energéticos para o aquecimento da água.  
$$E_{\text{aquecimento}}\approx3,76\times10^{5}\mathrm{~J}\approx376~\mathrm{~kJ}$$$$E_{\text{aquecimento}}=|\Delta h|\times n_{\mathrm{CH_{4}}}\Leftrightarrow376=890\times n_{\mathrm{CH_{4}}} \Leftrightarrow n_{\mathrm{CH_{4}}}=0,422 \text{ mol}$$Sabendo que esta amostra se encontra em condições PTN, podemos recorrer ao volume molar em condições PTN de um gás para calcular o volume ocupado por esta quantidade de matéria de metano.$$V_{m}=\frac{V}{n}\Leftrightarrow22,4=\frac{V_{\mathrm{CH_{4}}}}{0,422}\Leftrightarrow V_{\mathrm{CH_{4}}}\approx9,45 ~\text{dm}^{3}$$Resposta: São necessários $9,45 ~\mathrm{dm}^3$ de metano.

Fonte: Mestre Panda

Assinala os critérios que a tua resposta incluiu corretamente:



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