QUÍMICA – Exercícios de revisão resolvidos
QUÍMICA 2 – MÓDULO II
17. (ENEM 2010) No que tange à tecnologia de combustíveis alternativos, muitos especialistas em energia acreditam que os álcoois vão crescer em importância em um futuro próximo. Realmente, álcoois como metanol e etanol têm encontrado alguns nichos para uso doméstico como combustíveis há muitas décadas e, recentemente, vêm obtendo uma aceitação cada vez maior como aditivos, ou mesmo como substituto para gasolina em veículos. Algumas das propriedades físicas desses combustíveis são mostradas no quadro seguinte.
Dados: Massas molares em g/mol: H = 1,0; C = 12; O = 16.
Considere que, em pequenos volumes, o custo de produção de ambos os álcoois seja o mesmo. Dessa forma, do ponto de vista eco-nômico, é mais vantajoso utilizar
A) metanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 22,7 KJ de energia por litro de combustível queimado. B) etanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 29,7 KJ de energia por litro de combustível queimado. C) metanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 17,9 MJ de energia por litro de combustível queimado. D) etanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 23,5 MJ de energia por litro de combustível queimado. E) etanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 33,7 MJ de energia por litro de combustível queimado.
Prof. Nilton Neto – Eng. Químico
Álcool Densidade a 25⁰C (g/mL) Calor de Combustão (kJ/mol) Metanol (CH₃OH) 0,79 -726,0 Etanol (CH₃CH₂OH) 0,79 -1367,0
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SOLUÇÃO:
Escrevendo-se as equações balanceadas para as reações de combustão dos dois combustíveis (de modo simplificado) , tem-se: CH₃OH + 1,5 O₂ CO₂ + 2 H₂O ΔH = - 726,0 KJ/mol
C₂H₅OH + 3 O₂ 2 CO₂ + 3 H₂O ΔH = - 1.367,0 KJ/mol
Portanto, a combustão de 1 mol de metanol (CH₃OH) libera 726 KJ de energia, enquanto que a combustão de 1 mol de etanol (C₂H₅OH) libera 1.367,0 KJ, em ambas as situações considerando-se combustões completas.
Por outro lado, como as alternativas apresentadas analisam a quantidade de energia liberada por LITRO de combustível queimado, é necessário se investigar a conversão de 1 mol de cada um dos combustíveis em litros, ou seja, quantos litros de cada combustível tem-se em cada mol específico.
Metanol: Massa molar = 1x12 + 4x1 + 1x16 = 32 g/mol - Etanol: Massa molar = 2x12 + 6x1 + 1x16 = 46 g/mol Agora, procura-se quantos litros de cada combustível tem-se em um mol, usando-se também a informação das densidades:
Metanol: 32 g/mol : 0,79 g/mL = 40,5 mL/mol - Etanol: 46 g/mol : 0,79 g/mL = 58,2 mL/mol
Desta maneira, 1 mol de metanol corresponde a 0,0405 L, enquanto que 1 mol de etanol corresponde a 0,0582 L. A combustão de 1 mol (0,0405 L.) de metanol libera 726 KJ. Pela regra de 3 abaixo, calcula-se o quanto liberará 1 L. de metanol:
0,0405 L. 726 KJ
1 L. x Donde x = 17.925,9 KJ (1 L. de metanol libera essa energia). Por outra regra de 3 similar, calcula-se
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18. (ENEM 2013) Uma das etapas do tratamento da água é a desinfecção, sendo a cloração o método mais empregado. Esse método consiste na dissolução do gás cloro numa solução sob pressão e sua aplicação na água a ser desinfectada. As equações das reações químicas envolvidas são:
Cl₂(g) + 2H₂O(l) ↔ HClO(aq) + H₃O⁺(aq) + Cl¯(aq)
HClO(aq) + H₂O(l) ↔ H₃O⁺(aq) + ClO¯(aq) pKₐ = - log Kₐ = 7,53
A ação desinfetante é controlada pelo ácido hipocloroso, que possui um potencial de desinfecção cerca de 80 vezes superior ao ânion hipoclorito. O pH do meio é importante porque influencia na extensão com que o ácido hipocloroso se ioniza.
Para que a desinfecção seja mais efetiva, o pH da água a ser tratada deve estar mais próximo de A) 0.
B) 5. C) 7. D) 9. E) 14.
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SOLUÇÃO:
Note-se, tão de imediato, que as duas equações das reações envolvidas apresentam reversibilidade, ou seja, há o estabelecimento de um equilíbrio químico nos dois casos. É ainda importante se destacar as principais espécies químicas citadas. O ácido hipocloroso (HClO) e o ânion hipoclorito (ClO¯) estão presentes simultaneamente na segunda reação, para a qual foi fornecido o seu pKₐ.
Se o pKₐ desta reação é igual a 7,53, isto implica numa constante de equilíbrio entre 10¯⁷ e 10¯⁸, indicando que o ácido hipocloroso é um ácido fraco, se ionizando muito fracamente. No equilíbrio, tem-se muito mais HClO do que íons H₃O⁺ e ClO¯.
Portanto, se queremos uma maior presença de ácido hipocloroso, já que possui um potencial de desinfecção cerca de 80 vezes superior ao ânion hipoclorito, será recomendável deslocar-se o equilíbrio da segunda reação para a esquerda, o que aumentaria a concentração do ácido hipocloroso e diminuiria a concentração dos íons hipoclorito.
Lembrando o Princípio de Le Chatelier, se o meio em questão for ácido, este equilíbrio será deslocado no sentido desejado, pois o aumento da concentração dos íons H₃O⁺ favorecerá a formação de mais ácido hipocloroso.
Por outro lado, se o meio for muito, muito ácido, com pH próximo de zero, por exemplo, o equilíbrio de dissolução do cloro gasoso (primeira reação) será muito deslocado para a esquerda, diminuindo a concentração do HClO formado nesta reação.
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19. (ENEM 2013) A formação frequente de grandes volumes de pirita (FeS₂) em uma variedade de depósitos minerais favorece a formação de soluções ácidas ferruginosas, conhecidas como “drenagem ácida de minas”. Esse fenômeno tem sido bastante pesquisado pelos cientistas e representa uma grande preocupação entre os impactos da mineração no ambiente. Em contato com oxigênio, a 25⁰C, a pirita sobre reação, de acordo com a equação química:
4 FeS₂(s) + 15 O₂(g) + 2 H₂O(l) 2 Fe₂(SO₄)₃(aq) + 2 H₂SO₄(aq)
Para corrigir os problemas ambientais causados por essa drenagem, a substância mais recomendada a ser adicionada ao meio é o A) sulfeto de sódio.
B) cloreto de amônio. C) dióxido de enxofre. D) dióxido de carbono. E) carbonato de cálcio.
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SOLUÇÃO:
Como se vê pelos produtos da reação química apresentada e pelo próprio enunciado da questão, precisa-se adicionar ao meio uma substância de caráter básico, pois só assim será possível se neutralizar essa drenagem ácida.
Das substâncias apresentadas nas alternativas, a mais recomendada é o carbonato de cálcio, um sal proveniente da reação entre um ácido fraco e uma base forte. O carbonato de cálcio, quando em solução aquosa, experimenta as seguintes reações:
CaCO₃(aq) Ca²⁺ + CO₃²¯
CO₃²¯ + H₂O HCO₃¯ + OH¯
Vê-se, portanto, que o carbonato de cálcio em água libera íons hidroxila (OH¯) que poderão corrigir os problemas ambientais causados pela referida drenagem, que acaba produzindo o ácido sulfúrico, conforme reação apresentada.
Observe-se, ainda, que o carbonato de cálcio é um produto relativamente barato e que não traz maiores riscos de manuseio.
Em contrapartida, note-se também que o sulfeto de sódio possui natureza básica. Porém, tem custo mais alto e pode reagir com o ácido sulfúrico, formando o H₂S, substância venenosa.
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20. (ENEM 2011) Um dos problemas dos combustíveis que contêm carbono é que sua queima produz dióxido de carbono. Portanto, uma característica importante, ao se escolher um combustível, é analisar seu calor de combustão (ΔH⁰), definido como a energia liberada na queima completa de um mol do combustível no estado padrão. O quadro seguinte relaciona algumas substâncias que contêm carbono e seu ΔH⁰.
Neste contexto, qual dos combustíveis, quando queimado completamente, libera mais dióxido de carbono no ambiente pela mesma quantidade de energia produzida?
A) Benzeno. B) Metano. C) Glicose. D) Octano. E) Etanol.
Prof. Nilton Neto – Eng. Químico
Substância Fórmula ΔH⁰ (kJ/mol)
benzeno C₆H₆ (l) - 3 268
etanol C₂H₅OH (l) - 1 368
glicose C₆H₁₂O₆ (s) - 2 808
metano CH₄ (g) - 890
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SOLUÇÃO:
Inicialmente, escreve-se as equações para as reações de combustão dos cinco combustíveis apresentados, devidamente
balanceadas:
C₆H₆ + 7,5 O₂ 6 CO₂ + 3 H₂O (I)
C₂H₅OH + 3 O₂ 2 CO₂ + 3 H₂O (II)
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ 6 CO₂ + 6 H₂O (III)
CH₄ + 2 O₂ CO₂ + 2 H₂O (IV)
C₈H₁₈ + 12,5 O₂ 8 CO₂ + 9 H₂O (V)
Em seguida, para cada combustível, calcula-se a quantidade (em mol) necessária para a geração de 1 kJ de energia e, a partir desse resultado e verificando a relação estequiométrica entre o combustível e a quantidade de CO₂ formado em cada reação, a quantidade de dióxido de carbono obtida. Em cada caso, dois cálculos envolvendo duas regras de três:
Benzeno: 1 mol 3.268 kJ
x 1 kJ Donde x = 3,06 x 10¯⁴ mol
1 mol Benzeno 6 mol CO₂ (reação I)
3,06 x 10¯⁴ mol 1,84 x 10¯³ mol CO₂
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SOLUÇÃO (cont.):
Glicose: 1 mol 2.808 kJ
x 1 kJ Donde x = 3,56 x 10¯⁴ mol
1 mol Glicose 6 mol CO₂ (reação III)
3,56 x 10¯⁴ mol 2,14 x 10¯³ mol CO₂
Metano: 1 mol 890 kJ
x 1 kJ Donde x = 1,12 x 10¯³ mol
1 mol Metano 1 mol CO₂ (reação IV)
1,12 x 10¯³ mol 1,12 x 10¯³ mol CO₂
Octano: 1 mol 5.471 kJ
x 1 kJ Donde x = 1,83 x 10¯⁴ mol
1 mol Octano 8 mol CO₂ (reação V)
1,83 x 10¯⁴ mol 1,46 x 10¯³ mol CO₂
Feitos os cálculos, para se responder a questão basta agora observar-se o maior resultado final para cada combustível (em negrito). Assim, vê-se que a resposta correta é a alternativa C, pois a glicose, quando queimada completamente, é a que mais libera dióxido de carbono no ambiente pela mesma quantidade de energia produzida.
