Uma amostra seca de carvão apresenta a seguinte análise mássica de: de carbono , de hidrogênio , de oxigênio , de nitrogênio , de enxofre e o restante de cinzas não combustíveis.
Admitindo que a amostra deste carvão é queimada com ar seco, formando gás carbônico , nitrogênio , vapor d’água e dióxido e enxofre , determine a razão entre a massa de ar e a massa de combustível necessária para essa reação ocorrer.
Passo 1
Oie, galera! Esse enunciado é cheio de informação, né? Ele fala sobre uma reação de combustão que envolve tantas moléculas que fica difícil entender quais são os reagentes e produtos. Por isso, nosso primeiro passo deve ser escrever a equação química da combustão, mostrando os reagentes e produtos sem os valores dos coeficientes estequiométricos.
O enuciado diz que , , , e reagem com ar seco que é composto por uma parte de e partes de . Como essas moléculas reagem, elas são os reagentes, certo?
O enunciado também diz que , , e são produzidos pela reação. Logo, essas moléculas são os produtos. Colocando os reagentes na esquerda e produtos na direita:
, , , , , , , , e são os coeficientes estequiométricos da equação química!
As cinzas não estão nessa equação, porque não participam da reação!
Esses coeficientes estequiométricos precisam ser encontrados para encontrarmos a razão entre a massa de ar e a massa de combustível.
Essas massas são determinadas através do balanço da equação química que começaremos a fazer no próximo passo.
Passo 2
O primeiro passo para fazer o balanço de uma equação com combustível misturado é determinar a quantidade de (no nosso caso , , , e ) dos componentes do combustível. Calcularemos , supondo que de combustível é queimado. Pra isso, achamos primeiro a massa de multiplicando pelos de no combustível.
Da mesma forma, achamos a massa de , multiplicando pelos de no combustível. A massa de é encontrada, multiplicando pelos de .
Fazemos o mesmo com e . Suas massas e são calculadas, multiplicando a massa de do combustível todo pelas suas porcentagens mássicas dadas pelo enunciado.
Nós calculamos as massas pro caso de de combustível serem queimados, mas poderia ser qualquer quantidade de combustível! Esse valor não interfere no cálculo de !
Agora, para achar a quantidade de de nos reagentes, dividimos pela massa molar do carbono que vale .
é encontrado, dividindo pela massa molar do hidrogênio que vale segundo as tabelas termodinâmicas de gases.
Encontramos a quantidade de de presente no combustível, dividindo pela massa molar do que vale .
Por fim, achamos e , dividindo e pelas massas molares de e de .
Com esses coeficientes já somos capazes de achar os coeficientes restantes!
Passo 3
Determinamos o coeficiente estequiométrico , fazendo o balanço do carbono . Para a quantidade de ficar balanceada, os de presentes nos produtos precisam ser iguais aos de presentes nos reagentes. A equação química é mostrada abaixo pra enxergarmos melhor.
Da mesma forma, achamos , fazendo o balanço do hidrogênio . Os do produto têm que ser iguais aos do reagente.
também pode ser encontrado logo, fazendo o balanço do enxofre . Para a quantidade de ficar balanceada, os de dos produtos devem ser iguais aos de dos reagentes.
Agora podemos achar o coeficiente , fazendo o balanço de oxigênio . Os de dos reagentes devem ser iguais aos de dos produtos.
Agora sim estamos aptos a calcular a razão entre a massa de ar e a massa de combustível no próximo passo!
Passo 4
Como o ar seco é composto de e , a massa do ar seco é a soma entre a massa de nitrogênio presente no ar e a massa de oxigênio presente no ar.
Pra achar , temos que multiplicar o valor da massa molar do nitrogênio por de do ar. Logo:
Achamos , usando o mesmo método. Multiplicamos a massa molar de por de .
Substituindo as duas massas na fórmula de :
A massa de combustível vale , porque assumimos que foram queimados de combustível para fazer o balanço da equação.
Com e somos capazes de achar !
Que coisa boa! Já chegamos ao final desse exercício! Tudo que é bom passa rápido, né?