Problema 3B.03

As quatro equações representam a combustão do metanol, variando apenas o estado físico do metanol reagente e da água formada. Como toda combustão é exotérmica, espera-se que todos os valores de $\Delta H^\circ$ sejam negativos. Assim, a reação mais exotérmica será aquela que apresentar o valor mais negativo de entalpia. Para ordenar os módulos, basta então comparar os valores algébricos de $\Delta H^\circ$ e, ao final, inverter a ordem.

Compare primeiro as reações que diferem apenas no estado físico da água e, em seguida, as que diferem apenas no estado físico do metanol. Para isso, use a ideia de que a vaporização é um processo endotérmico e aplique qualitativamente a lei de Hess.

As reações 1 e 2 diferem apenas no estado físico da água produzida: $$\begin{aligned} \ce{ 2 CH3OH(l) + 3 O2(g) &-> 2 CO2(g) + 4 H2O(l) } && \Delta H_1^\circ \\ \ce{ 2 CH3OH(l) + 3 O2(g) &-> 2 CO2(g) + 4 H2O(g) } && \Delta H_2^\circ \end{aligned}$$ Para passar da reação 1 para a reação 2, é preciso vaporizar $\ce{4 H2O}$: $$\ce{4 H2O(l) -> 4 H2O(g)} \qquad \Delta H > 0$$ Como a vaporização é endotérmica, a reação 2 fica menos exotérmica que a reação 1. Logo, $$\Delta H_2^\circ > \Delta H_1^\circ$$ Pelo mesmo raciocínio, comparando as reações 3 e 4, obtém-se $$\Delta H_4^\circ > \Delta H_3^\circ$$

As reações 1 e 3 diferem apenas no estado físico do metanol: $$\begin{aligned} \ce{ 2 CH3OH(l) + 3 O2(g) &-> 2 CO2(g) + 4 H2O(l) } && \Delta H_1^\circ \\ \ce{ 2 CH3OH(g) + 3 O2(g) &-> 2 CO2(g) + 4 H2O(l) } && \Delta H_3^\circ \end{aligned}$$ Passar de $\ce{CH3OH(l)}$ para $\ce{CH3OH(g)}$ exige vaporização: $$\ce{CH3OH(l) -> CH3OH(g)} \qquad \Delta H > 0$$ Isso significa que o reagente gasoso possui entalpia maior que o reagente líquido. Portanto, quando a combustão começa com $\ce{CH3OH(g)}$, a variação de entalpia da reação se torna mais negativa, isto é, mais exotérmica. Assim, $$\Delta H_3^\circ < \Delta H_1^\circ$$ Analogamente, comparando as reações 2 e 4, conclui-se que $$\Delta H_4^\circ < \Delta H_2^\circ$$

Reunindo os resultados obtidos: $$\Delta H_2^\circ > \Delta H_4^\circ > \Delta H_1^\circ > \Delta H_3^\circ$$ Como todos esses valores são negativos, ao aplicar o módulo a ordem se inverte: $$|\Delta H_3^\circ| > |\Delta H_1^\circ| > |\Delta H_4^\circ| > |\Delta H_2^\circ|$$