Nível I

O trinitrotolueno (TNT), $\ce{C7H5N3O6}$ , é um explosivo. Em princípio ele poderia ser usado como combustível de foguetes, com os gases formados na decomposição saindo para dar o impulso necessário. Na prática, é claro, ele seria extremamente perigoso como combustível, porque é sensível ao choque.

Assinale a alternativa que mais se aproxima da densidade de entalpia (entalpia liberada por litro de combustível na reação de combustão) do TNT.

\pu{12 MJ.L-1}

\pu{24 MJ.L-1}

\pu{36 MJ.L-1}

\pu{48 MJ.L-1}

\pu{60 MJ.L-1}

Dados

$\rho(\ce{TNT,s}) = \pu{1,65 g//cm3}$
$\Delta H_\mathrm{f}^{\circ}(\ce{TNT,s}) = \pu{-67 kJ//mol}$
$\Delta H_\mathrm{f}^{\circ}(\ce{H2O,\,\text{l}}) = \pu{-286 kJ//mol}$
$\Delta H_\mathrm{f}^{\circ}(\ce{CO2,\,\text{g}}) = \pu{-394 kJ//mol}$

Gabarito 3A.31

Etapa 1. Na reação de combustão, o carbono é convertido em

\ce{CO2}

, o hidrogênio é convertido em

\ce{H2O}

e o nitrogênio é convertido em

\ce{N2}

$\ce{ C7H5N3O6(s) + 21/4 O2(g) -> 7 CO2(g) + 5/2 H2O(l) + 3/2 N2(g) }$

Etapa 2. Calcule a entalpia molar de combustão do TNT.

De $\Delta H_\mathrm{r}^\circ = \sum_\text{produtos} n \Delta H^\circ_\mathrm{f} - \sum_\text{reagentes} n \Delta H^\circ_\mathrm{f}$ , $\Delta H_\mathrm{c}^\circ = 7 \Delta H^\circ_{\mathrm{f}, \ce{CO2(g)}} + \dfrac{5}{2} \Delta H^\circ_{\mathrm{f}, \ce{H2O(l)}} - \Delta H^\circ_{\mathrm{f}, \ce{TNT(s)}}$ logo, $\Delta H_\mathrm{c}^\circ = \left\{ 7 (\pu{-394}) + \dfrac{5}{2} (\pu{-286}) - (\pu{-67}) \right\}\,\pu{kJ//mol} = \pu{-3400 kJ.mol-1}$

Etapa 3. Calcule o volume molar de TNT usando a massa molar e a densidade.

$V_{\ce{TNT}} = \dfrac{ \pu{227 g//mol} }{ \pu{1650 g//L} } = \pu{0,14 L.mol-1}$

Etapa 4. Calcule a densidade de entalpia do TNT.

$h_{\ce{TNT}} = \dfrac{ \pu{3,4 MJ//mol} }{ \pu{0,14 L//mol} } = \boxed{ \pu{24 MJ.L-1} }$