ITA 2019 - Considere reações de combustão do etanol.

Resolução

a) Combustão do etanol com O2 puro:

C2H5OH + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O + calor

b) Combustão do etanol com ar atmosférico:

Composição aproximada do ar atmosférico, em volume: 79% N2 + 21% O2
Logo, temos: 1 mol de O2 para 3,76 mol de N2 C2H5OH + 3 (O2 + 3,76 N2) → → 2 CO2 + 3 H2O + 3 . 3,76 N2 + calor
O gás N2 não participa da reação.

c) Combustão do etanol para 50% da quantidade estequiométrica de ar atmosférico, ou seja, 1,5 (O2 + 3,76 N2) C2H5OH + 1,5 (O2 + 3,76 N2) → → CO2 + C + 3 H2O + 1,5 . 3,76 N2 + calor Novamente, o gás N2 não participa da reação.

d) Tanto na reação a como na reação b, ocorre a oxidação total dos átomos de carbono do álcool, logo a energia liberada será a mesma. Na reação c, a oxidação dos átomos de carbono não é total, logo a energia liberada será menor do que nas anteriores. ΔH C < ΔH A = ΔH B ou ΔHC > ΔHA = ΔHB

a) Na combustão total do etanol teremos: combustível + O₂ → CO₂ + H₂O. Nosso combustível tem fórmula molecular: C₂H₅OH. Então: C₂H₅OH + 3 O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O

b) O at atmosférico é composto por aproximadamente 80% de N₂ e 20% O₂, então podemos ver que a proporção é de 4 partes de N₂ para 1 parte de O₂, ou seja a quantidade de matéria de N₂ é quatro vezes maior que a de O₂. O gás nitrogênio é inerte na combustão, ou seja, não reage, não participa da reação.

Então: C₂H₅OH + 3 O₂ + 12 N₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O + 12 N₂

c) Com 50% da quantidade estequiométrica de ar atmosférico teremos a combustão incompleta do etanol:

C₂H₅OH + 1,5 O₂ + 6 N₂ →  C + CO +  3 H₂O + 6 N₂

d) As três reações possuem variação de entalpia negativa, pois todas são exotérmicas, liberam calor. Nas reações da letra a e b temos a mesma liberação de calor por se tratar de duas combustões completas (menores valores para ΔH) . A reação da letra c libera menos calor pois é uma combustão incompleta (maior valor para ΔH). Então temos a ordem crescente de variação de entalpia : ΔH_a = ΔH_b < ΔH_c