Reações de combustão

No fogão a gás da casa da Lúcia, o butano reage com o oxigénio do ar enquanto se aquece o jantar. Completa o esquema geral de uma combustão completa com as palavras em falta: «Em toda a combustão completa, um $\dots$ reage com o $\dots$ do ar e formam-se $\dots$ e $\dots$».

Indica quais destas equações correspondem a uma combustão completa e explica porquê:

1. a) $CH_4 + 2\ O_2 \rightarrow CO_2 + 2\ H_2O$
2. b) $2\ H_2O \rightarrow 2\ H_2 + O_2$
3. c) $C + O_2 \rightarrow CO_2$
4. d) $HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$

Ao terminar um churrasco, o Jorge cobre as brasas com areia e o fogo apaga-se. O esquema da combustão pode ser representado assim:

Explica, utilizando o esquema da combustão, que «ingrediente» da reação falta ao cobrir as brasas e por que razão o fogo não pode continuar.

O metano ($CH_4$) é o gás natural que chega a muitas cozinhas. Escreve a equação da sua combustão completa (os produtos são dióxido de carbono e água) e acerta-a.

O propano ($C_3H_8$) é o combustível de muitos aquecedores portáteis e caravanas. Escreve e acerta a equação da sua combustão completa.

Um colega escreveu no seu caderno a combustão completa do etano ($C_2H_6$) da seguinte forma: $2\ C_2H_6 + 7\ O_2 \rightarrow 4\ CO_2 + 6\ H_2O$. Conta os átomos de carbono, hidrogénio e oxigénio de cada lado da seta e verifica se a equação está bem acertada. Justifica a tua resposta.

O butano ($C_4H_{10}$) das garrafas de gás arde com oxigénio, formando dióxido de carbono e água. Escreve a equação e acerta-a; obterás um coeficiente fracionário no oxigénio que terás de eliminar multiplicando toda a equação por dois.

As lareiras a bioetanol queimam etanol ($C_2H_6O$), produzindo dióxido de carbono e água. Escreve e acerta a equação da sua combustão completa. Pista: tem em conta que a própria molécula de etanol já contém um átomo de oxigénio.

No laboratório, a chama do bico de Bunsen é azul quando a entrada de ar está aberta e amarela e luminosa quando está fechada, como se mostra na figura.

Uma dessas duas chamas mancha os tubos de ensaio com fuligem. Indica qual das duas os mancha e explica que tipo de combustão (completa ou incompleta) ocorre em cada caso.

Quando um esquentador a gás funciona numa divisão mal ventilada, a combustão do butano torna-se incompleta. Nomeia as duas substâncias que se podem formar em vez de dióxido de carbono e explica por que razão uma delas é especialmente perigosa para as pessoas que se encontram na divisão.

Um esquentador a gás mal ventilado queima metano ($CH_4$) com pouco oxigénio e, em vez de dióxido de carbono, forma-se monóxido de carbono ($CO$), além de água. Escreve e acerta a equação dessa combustão incompleta do metano.

A fuligem que se acumula nas chaminés é carbono que não chegou a arder completamente.

1. a) Escreve a equação acertada da combustão completa do carbono, que forma dióxido de carbono.
2. b) Escreve a equação acertada da sua combustão incompleta quando se forma monóxido de carbono.
3. c) Compara o oxigénio consumido por cada uma por cada $2$ átomos de carbono e explica por que razão a fuligem e o $CO$ surgem quando o ar é escasso.

O metano pode arder de duas formas, consoante o oxigénio disponível.

1. a) Escreve as equações acertadas da sua combustão completa (produtos $CO_2$ e $H_2O$) e da sua combustão incompleta quando se forma monóxido de carbono ($CO$) e água.
2. b) Calcula quantas moles de $O_2$ cada uma consome por cada $2\ \text{mol}$ de metano.
3. c) Utilizando esses valores, explica por que razão um fogão a gás aceso durante muito tempo numa divisão pequena e sem ventilação pode acabar por produzir monóxido de carbono.

Um carro a gasolina emite, em média, $120\ \text{g}$ de $CO_2$ por quilómetro e um carro a gasóleo, $105\ \text{g}$ por quilómetro.

1. a) Calcula as emissões de cada um numa viagem de $250\ \text{km}$.
2. b) O carro a gasolina faz essa viagem com $4$ passageiros e o carro a gasóleo, noutro dia, apenas com o condutor. Calcula as emissões por passageiro em cada caso e comenta o resultado.

O catalisador de um automóvel transforma parte dos gases tóxicos do tubo de escape noutros menos nocivos antes de os libertar para o ar, como se mostra no esquema.

Uma dessas reações é $2\ CO + O_2 \rightarrow 2\ CO_2$.

1. a) Explica o que acontece ao monóxido de carbono nesta reação e por que razão melhora a qualidade do ar da cidade.
2. b) Apesar disso, o $CO_2$ que sai do escape continua a ser um problema: explica qual.
3. c) Outra reação do catalisador é $2\ NO \rightarrow N_2 + O_2$. Verifica se está acertada e justifica por que razão é benéfica para o ar que respiramos.

Para descobrir que produtos são formados pela chama de uma vela, fazem-se passar os seus gases por um tubo com sulfato de cobre anidro, que é branco, e depois borbulham-se em água de cal (hidróxido de cálcio dissolvido), como se mostra na figura.

Observa-se que o sulfato de cobre fica azul e que a água de cal fica turva.

1. a) Que produto da combustão é evidenciado por cada uma das duas alterações observadas?
2. b) O turvamento deve-se à reação $CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3 + H_2O$, que forma um precipitado branco de carbonato de cálcio. Verifica se a equação está acertada.
3. c) O que podes concluir sobre quais os elementos contidos na cera da vela? Justifica a resposta.

O carvão de algumas centrais térmicas contém enxofre como impureza.

1. a) Escreve e acerta a equação da combustão do enxofre, na qual se forma dióxido de enxofre ($SO_2$).
2. b) Na atmosfera, o $SO_2$ reage com a água das nuvens e forma ácido sulfuroso ($H_2SO_3$): escreve e acerta essa reação.
3. c) Relaciona estes factos com o fenómeno das chuvas ácidas e explica por que razão muitas centrais instalam sistemas de «dessulfuração» nas suas chaminés.

Quando corres, os teus músculos «queimam» glicose ($C_6H_{12}O_6$) com o oxigénio que respiras, formando dióxido de carbono e água. Trata-se da respiração celular, uma combustão lenta dentro das tuas células. Escreve e acerta a equação dessa reação.

Foguetões como o Ariane utilizam hidrogénio líquido como combustível, que arde da seguinte forma: $2\ H_2 + O_2 \rightarrow 2\ H_2O$.

1. a) Por que razão se diz que o hidrogénio é um combustível «limpo» no momento da combustão?
2. b) Calcula quantas moles de água se formam ao queimar $5\ \text{mol}$ de hidrogénio.
3. c) Atualmente, a maior parte do hidrogénio é produzida a partir de gás natural, num processo que emite $CO_2$ (hidrogénio «cinzento»), mas também pode ser produzido por eletrólise da água com eletricidade renovável (hidrogénio «verde»). Explica com que critério se distingue um tipo de hidrogénio do outro e por que razão apenas um deles ajuda verdadeiramente contra as alterações climáticas.

A equação acertada da combustão do propano é $C_3H_8 + 5\ O_2 \rightarrow 3\ CO_2 + 4\ H_2O$.

1. a) Quantas moléculas de oxigénio são necessárias para queimar uma molécula de propano?
2. b) Quantas moles de oxigénio são necessárias para queimar $0,4\ \text{mol}$ de propano?
3. c) Quantas moles de dióxido de carbono se formarão nesse caso?

O carvão de um churrasco é quase carbono puro e a sua combustão completa é $C + O_2 \rightarrow CO_2$.

1. a) Quantas moles de dióxido de carbono se formam ao queimar $3\ \text{mol}$ de carbono?
2. b) As massas molares do carbono e do dióxido de carbono são $12\ \text{g/mol}$ e $44\ \text{g/mol}$, respetivamente. Calcula quantos gramas de $CO_2$ são emitidos ao queimar $36\ \text{g}$ de carvão.

Uma botija de campismo contém $5,8\ \text{kg}$ de butano ($C_4H_{10}$, massa molar $58\ \text{g/mol}$) e a sua combustão completa é $2\ C_4H_{10} + 13\ O_2 \rightarrow 8\ CO_2 + 10\ H_2O$.

1. a) Calcula a quantidade de matéria (em mol) de butano que a botija contém.
2. b) Calcula a quantidade de matéria (em mol) de $CO_2$ que será emitida ao queimá-la por completo.
3. c) Com a massa molar do $CO_2$, $44\ \text{g/mol}$, calcula os quilogramas de $CO_2$ emitidos e comenta por que razão estas emissões preocupam, mesmo sendo a combustão completa.

Dois combustíveis muito utilizados são o carvão (quase carbono puro) e o gás natural (quase metano puro).

1. a) Escreve as equações acertadas das combustões completas do carbono e do metano.
2. b) Compara quantas moles de $CO_2$ cada um emite por cada mole de combustível queimado.
3. c) Sabendo ainda que queimar $1\ \text{mol}$ de metano liberta consideravelmente mais energia do que queimar $1\ \text{mol}$ de carbono, justifica por que razão a substituição de carvão por gás natural numa central reduz as emissões de $CO_2$ por cada quilowatt-hora produzido.

Uma lareira a bioetanol queima $92\ \text{g}$ de etanol ($C_2H_6O$, massa molar $46\ \text{g/mol}$) num serão.

1. a) Escreve e acerta a equação da sua combustão completa.
2. b) Calcula a quantidade de matéria (em mole) de etanol queimado e de oxigénio consumido.
3. c) Com a massa molar do $O_2$, $32\ \text{g/mol}$, calcula a massa de oxigénio que foi consumida na sala e comenta por que razão o fabricante recomenda ventilar a divisão.