Laboratório virtual de entalpia de combustão: álcoois

Este laboratório virtual de entalpia de combustão segue a prática clássica da lamparina do IB, do A-level e da química dos últimos anos do ensino médio na Austrália. Os alunos pesam uma lamparina, aquecem 100 g de água numa lata de cobre em cerca de 20 °C e calculam ΔcH por q = mcΔT e n = Δm/M. Eles comparam quatro álcoois com os valores tabelados, acham a variação por grupo CH₂ e testam formas de reduzir a perda de calor. Todos os valores abaixo foram lidos na simulação.

Alinhamento com o currículo

• IB Diploma Chemistry (primeira avaliação em 2025): Reactivity 1.1, medida de variações de entalpia por calorimetria, e Reactivity 1.3, energia dos combustíveis.
• AQA A-level Chemistry 3.1.4.2 (calorimetria) e a prática obrigatória (required practical) 2, medida de uma variação de entalpia.
• NSW HSC Chemistry, Module 7 Organic Chemistry: a investigação que compara a entalpia de combustão de vários álcoois.
• VCE Chemistry Unit 3: energia dos combustíveis e calorimetria.

O Simulic não é afiliado ao IB, à AQA, à NESA nem à VCAA, nem endossado por eles.

Antes do laboratório (5 min)

Peça aos alunos que se comprometam com uma previsão, no papel ou como pergunta 1 do link da turma:

"A entalpia de combustão tabelada do etanol é −1367 kJ/mol. Como será o seu valor, obtido com uma lamparina e uma lata de cobre?"

Muitos alunos esperam que um experimento cuidadoso chegue perto do valor tabelado.

Método na simulação

1. Mantenha Tela: Lamparina: álcoois, Água em 100 g, Distância da chama em 3,0 cm e Série de dados em 1. Deixe desmarcados anteparo contra vento, tampa na lata e incluir o calor da lata de cobre.
2. Escolha Combustível: metanol. Anote m₁ e T₁ na leitura e clique em Acender.
3. Quando ΔT chegar a cerca de 20 °C, clique em Apagar. Espere a mensagem de que a temperatura já passou do máximo e clique em Registrar.
4. Repita os passos 2–3 com etanol, propan-1-ol e butan-1-ol, nessa ordem.
5. Em cada ensaio, calcule q = 100 × 4,18 × ΔT (J), n = Δm/M e ΔcH = −q/n. Depois compare com a tabela.
6. Teste de melhoria: escolha etanol, marque anteparo contra vento e faça mais um ensaio. Use a sua própria tabela: a simulação soma este ensaio à média do etanol.

Ensaio	Álcool	M (g/mol)	m₁ (g)	m₂ (g)	T₁ (°C)	T₂ (°C)	ΔcH (kJ/mol)
1	metanol	32,04
2	etanol	46,07
3	propan-1-ol	60,10
4	butan-1-ol	74,12
5	etanol + anteparo	46,07

Resultados esperados

Na série de dados 1, m₁ e T₁ são fixos em cada ensaio; Δm e ΔT dependem de quando você apaga a chama.

Ensaio	Álcool	Δm (g)	ΔT (°C)	ΔcH (kJ/mol)	Tabelado	%
1	metanol	0,87	20,3	−312	−726	43
2	etanol	0,63	20,0	−611	−1367	45
3	propan-1-ol	0,53	20,6	−976	−2021	48
4	butan-1-ol	0,55	20,5	−1155	−2676	43

• Exemplo resolvido, etanol: q = 100 × 4,18 × 20,0 = 8360 J = 8,36 kJ; n = 0,63 / 46,07 = 0,0137 mol; ΔcH = −8,36 / 0,0137 = −611 kJ/mol.
• Tendência: cerca de −281 kJ/mol por CH₂ do metanol ao butan-1-ol (o ajuste da simulação: −289), menos da metade dos −654 tabelados.
• Nas séries de dados 1–12, os ensaios com o modelo da simulação deram para o etanol de −501 a −692 kJ/mol (38–50%).
• Melhorias (etanol): um anteparo contra vento deu 63% (ensaio 5); anteparo e tampa, 61%. Marcar incluir o calor da lata de cobre acrescenta cerca de 5%.

Perguntas para os alunos

1. (Previsão, repetida depois do laboratório) Como o seu ΔcH do etanol vai se comparar com o valor tabelado?
2. Qual é uma variável controlada quando você compara os quatro álcoois?
3. Quanto vale o ΔcH do etanol no seu ensaio?
4. Quanto o ΔcH muda por grupo CH₂, do metanol ao butan-1-ol?
5. Por que o seu valor é bem menor que o tabelado, e o que o melhora?

Respostas para o professor: (1) Bem menos negativo, cerca da metade (45% no ensaio 2). (2) A massa de água e a distância da chama. (3) Aceite de −720 a −480 kJ/mol (−611 na série de dados 1). (4) Aceite de −350 a −200 kJ/mol por CH₂ (−281 na série de dados 1). (5) O calor escapa para o ar e para a lata; parte do combustível queima de forma incompleta. Um anteparo contra vento elevou o etanol de 45% para 63% (ensaio 5).

Erros conceituais comuns

• "ΔcH é positivo porque a água esquenta." O calor sai da reação, então ΔcH é negativo.
• "O butan-1-ol aquece mais a água, então libera mais energia." Todos os ensaios pararam em ΔT ≈ 20 °C; só mudou a massa necessária: 0,87 g de metanol, 0,55 g de butan-1-ol.
• "Quanto mais perto a lata, melhor." Nos nossos ensaios com o modelo, o etanol chegou a cerca de 51% a 2,0 cm, mas a 45% a 1,0 cm, com mais fuligem.

Extensão

• Distância da chama: nos nossos ensaios com o modelo, o etanol caiu para cerca de 32% a 5,0 cm e 19% a 8,0 cm.

Perguntas frequentes

Os alunos podem calcular ΔcH sem que a simulação faça isso?

Sim. Nos valores iniciais do link da turma, marque Os alunos calculam (ocultar resultados). A tabela passa a mostrar só massas e temperaturas e a leitura esconde as médias, embora o gráfico de ΔcH continue mostrando cada resultado.

Por que meus alunos obtêm números um pouco diferentes?

Os valores iniciais e a eficiência de cada ensaio vêm de Série de dados (reproduz as mesmas medidas) e do número do ensaio. As faixas das perguntas 3 e 4 valem para as séries de dados 1–12 e qualquer ordem de ensaios.

E se um aluno registrar antes do máximo?

A simulação avisa que T₂ pode estar baixa demais. Peça que ele repita o ensaio: registrar cedo deixa o ΔcH menos negativo.

Simulações e guias relacionados

Calorimetria – entalpia de neutralização de HCl + NaOH Entalpias de ligação – cálculo do ΔH de uma reação

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