(ONC) Motor a Combustão

Um grande avanço tecnológico na busca pela sustentabilidade ambiental é o desenvolvimento do
motor a combustão interna, alimentado por hidrogênio. A reação de combustão do hidrogênio pode
ser apresentada da seguinte forma:

H2 (g) + 1⁄2 O2 (g) -> H2O(l) ΔfH0 = - 73,0 kcal/mol

Entretanto, nos motores a combustão, devido à alta temperatura, o H2O surge no estado gasoso. Uma
empresa de automóveis conseguiu desenvolver um motor térmico desses que trabalha entre as
temperaturas de 527oC e 127oC cujo rendimento anunciado é 1/4 daquele que a máquina de Carnot teria
se estivesse trabalhando nessa faixa de temperatura. Esta empresa colocou este motor em um automóvel
cuja força de resistência do ar (F), em newtons, obedece a relação Fres = 2.v^2, onde v é a velocidade, em
m/s. Considerando que só exista dissipação da energia mecânica produzida pelo motor devido à força de
resistência do ar, responda as perguntas a seguir.

Dados: massa molar do H = 1 g/mol
massa molar do O = 16 g/mol
calor latente de vaporização da água = 500 cal/g
equivalente mecânico da água: 1 cal = 4 J
273 K ⇔ 0 oC

a) Por que podemos dizer que o processo citado acima é “um grande avanço tecnológico na busca
pela sustentabilidade ambiental”?
b) Qual a entalpia de formação do H2O(g)?
c) Qual o rendimento deste motor térmico?
d) Para manter a velocidade de 72 km/h, o automóvel precisava consumir quantos gramas de
combustível por segundo?

Como faz a letra d?

Olá Arthur1448, 

Irei resolver todas as alternativas para auxiliar futuros usuários do fórum que tiverem dúvidas: 

a) O grande avanço dos motores de combustão que funcionam com H₂ é a obtenção unicamente de água como produto, ou seja, ao contrário de outros combustíveis que geram dióxido de carbono, monóxido de carbono ou até fuligem, utilizar hidrogênio resulta em um produto que não agride o meio-ambiente; 

b) Como o H₂ e O₂ são estados fundamentais da matéria possuem, por definição, entalpia de formação igual a zero, portanto, a ∆H_f⁰ da água é igual a -73 kcal; 

c) Aqui devemos utilizar a equação de rendimento de Carnot, mas deve-se atentar para o fato que a eficiência real da máquina é 1/4 daquela calculada teoricamente, então, temos: 

[latex]\eta_{Real} =0,25.\left ( 1-\frac{T_{F}}{T_{0}} \right )\;\Rightarrow\;\eta_{Real} =0,25.\left ( 1-\frac{127+273}{527+273} \right )\;\\\\\therefore\;\boxed{\eta_{Real} =12,5%}[/latex]


d) Para essa alternativa podemos tentar relacionar a energias necessárias (lembrando que 1s, o veículo anda 20 m no parâmetro do exercício) pro processo da seguinte forma:

[latex]E_{C}=Q-W_{Resist\hat{e}ncia}\;\Rightarrow\;\frac{m.V^{2}}{2}=\eta.\Delta H.n_{H_{2}O}-F_{Resist\hat{e}ncia}.d\;\Rightarrow\;\\\\\frac{m.\left ( 20 \right )^{2}}{2}=0,125.292000.\frac{m}{18.10^{-3}}-2.\left ( 20 \right )^{2}.20\;\therefore\;\boxed{m\simeq 0,008\;\text{kg}\simeq 8\;\text{g}}[/latex]

Por fim, como consideramos 1s para a distância atuante na força de resistência, então, teremos que ter uma queima de 8 g.s^-1 de H₂ para suprir as demandas. 

Obs.: A alternativa d) é apenas uma proposta minha, se possível valide com algum gabarito ou com sua própria análise.

Espero ter ajudado

Valeu Gabriel!