Em uma atividade de Química, um fogareiro a etanol é analisado para estimar sua capacidade de fornecer energia…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar e representar, com ou sem o uso de dispositivos e de aplicativos digitais específicos, as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões sobre seus comportamentos em situações cotidianas e em processos produtivos que priorizem o desenvolvimento sustentável, o uso consciente dos recursos naturais e a preservação da vida em todas as suas formas.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Em uma atividade de Química, um fogareiro a etanol é analisado para estimar sua capacidade de fornecer energia térmica. A combustão completa do etanol pode ser representada pela equação C2H5OH + 3 O2 ? 2 CO2 + 3 H2O, com entalpia de combustão ?H°c = -1368 kJ·mol?¹. Considere um fogareiro abastecido com 150,0 g de etanol, cuja massa molar é 46,07 g·mol?¹. Para aquecer 2,5 L de água, inicialmente a 20 °C, até 80 °C, use cágua = 4,18 J·g?¹·°C?¹ e densidade da água igual a 1,0 g·mL?¹. Despreze perdas de calor e considere que toda a energia liberada pela combustão seja transferida para a água. Com base nos dados apresentados, qual é a quantidade aproximada de energia liberada na combustão do etanol e qual conclusão pode ser obtida, no modelo ideal adotado, sobre o aquecimento da água?
- A) São liberados aproximadamente 4,45 × 10³ kJ, quantidade insuficiente para aquecer a água, que requer cerca de 6,27 × 10³ kJ.
- B) São liberados aproximadamente 2,05 × 10² kJ, quantidade insuficiente para aquecer a água, que requer cerca de 627 kJ.
- C) São liberados aproximadamente 4,45 × 10³ kJ, quantidade suficiente para aquecer a água, pois esse processo requer cerca de 627 kJ.
- D) São liberados aproximadamente 4,45 × 10³ kJ, quantidade suficiente para aquecer a água, que requer cerca de 1,57 × 10³ kJ.
- E) São liberados aproximadamente 1,37 × 10³ kJ, quantidade suficiente para aquecer a água, que requer cerca de 627 kJ.
✅ Resposta correta: alternativa C
Resolução passo a passo
- Calcule a quantidade de matéria do etanol: n = 150,0 g / 46,07 g/mol ≈ 3,26 mol. Passo 2: Calcule a energia liberada pela combustão: Q = n × |ΔH°c| = 3,26 mol × 1368 kJ/mol ≈ 4,45 × 10³ kJ. Passo 3: Calcule a massa de água: 2,5 L × 1,0 g/mL = 2500 g. Passo 4: Calcule a variação de temperatura: ΔT = 80 °C − 20 °C = 60 °C. Passo 5: Calcule a energia necessária para o aquecimento: Q = m × c × ΔT = 2500 g × 4,18 J/(g·°C) × 60 °C = 627000 J ≈ 627 kJ. Passo 6: Compare os valores: 4,45 × 10³ kJ é muito maior que 627 kJ. No modelo ideal, a energia liberada é suficiente para aquecer a água, com sobra de cerca de 3,8 × 10³ kJ. Passo 7: Por que as outras alternativas estão erradas: A) o valor 6,27 × 10³ kJ é 10 vezes maior que o correto, e a conclusão de que a energia é insuficiente também está errada; B) 2,05 × 10² kJ resulta de usar apenas 0,15 mol de etanol, e a conclusão de insuficiência está errada; D) a energia de 4,45 × 10³ kJ está correta, mas 1,57 × 10³ kJ corresponde a um ΔT de 150 °C, e não de 60 °C; E) 1,37 × 10³ kJ corresponde a apenas 1 mol de etanol, esquecendo a quantidade de matéria de 3,26 mol. Passo 8: O gabarito oficial C está correto, pois a energia liberada é suficiente e o aquecimento da água requer cerca de 627 kJ.
💡 Dica: Calcule a energia liberada e compare com a energia necessária para aquecer a água.
Alternativa por alternativa
O aluno calculou corretamente 627000 J para aquecer a água, mas escreveu esse valor como 6,27 × 10³ kJ, errando a conversão de unidades. Além disso, concluiu que a energia é insuficiente sem comparar corretamente as grandezas.
Por que engana: O aluno pode errar ao calcular a energia liberada, confundindo a quantidade de etanol com a energia total da reação.
O aluno tratou 150 g de etanol como 0,15 mol, dividindo a massa por 1000 de forma indevida, o que gera 0,15 × 1368 ≈ 205 kJ. Com esse valor errado, concluiu que a energia seria insuficiente.
A quantidade de etanol é n = 150,0/46,07 ≈ 3,26 mol. Como cada mol de etanol libera 1368 kJ, a energia total liberada é Qcomb ≈ 3,26 × 1368 ≈ 4,45 × 10³ kJ. A massa de água é 2,5 L × 1000 g·L⁻¹ = 2500 g. Assim, Qágua = m·c·ΔT = 2500 × 4,18 × (80 − 20) J ≈ 6,27 × 10⁵ J = 627 kJ. Como 4,45 × 10³ kJ é maior que 627 kJ, a energia é suficiente no modelo ideal explicitamente estabelecido.
O aluno calculou a energia liberada corretamente, mas usou uma variação de temperatura de 150 °C em vez de 60 °C, confundindo a massa de etanol de 150 g com a temperatura. Assim, obteve 2500 × 4,18 × 150 ≈ 1,57 × 10³ kJ.
O aluno usou a entalpia de combustão de 1368 kJ/mol como se fosse a energia liberada pela queima de todo o etanol, esquecendo de multiplicar pela quantidade de matéria de 3,26 mol. A conclusão sobre o aquecimento da água estaria correta, mas o valor da energia liberada está errado.
Raio-X da questão
combustão do etanol
avaliacao
cálculo de energia em reações · estequiometria
Revisar cálculos de energia em reações químicas e calor específico.
O aluno pode errar ao calcular a energia liberada, confundindo a quantidade de etanol com a energia total da reação.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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