100 Kg de carvão da Pensilvânia, em uma análise final (em massa), possui
de
de
de
de
de S e
de cinzas (não combustíveis). Esse carvão é queimado com uma quantidade de ar teórico. Desconsiderando o teor de cinzas, determine as frações molares dos produtos e da massa molar aparente dos gases dos produtos. Determine também a razão ar-combustível necessária para este processo de combustão.
Passo 1
Beleza, vamos lá! A gente tem 100 kg de carvão com várias porcentagens de elementos e precisa descobrir algumas coisas sobre a queima desse carvão. O conteúdo principal aqui é a estequiometria da combustão. Vamos precisar usar conceitos de frações molares, massa molar e razão ar-combustível.
Passo 2
Primeiro, vamos entender a composição do carvão sem considerar as cinzas, já que elas não entram na combustão. As porcentagens são:
- Carbono (
): - Hidrogênio (
): - Oxigênio (
): - Nitrogênio (
): - Enxofre (
):
Vamos converter essas porcentagens em massa para 100 kg de carvão, ficando fácil trabalhar com valores absolutos.
Passo 3
Convertendo as porcentagens para massas:
- Massa de
: - Massa de
: - Massa de
: - Massa de
: - Massa de
:
Agora, vamos transformar essas massas em mols usando as massas molares de cada elemento:
- Massa molar de
: - Massa molar de
: - Massa molar de
: - Massa molar de
: - Massa molar de
:
Passo 4
Calculando os mols:
Passo 5
Agora, vamos escrever a equação balanceada da combustão. A combustão completa do carvão envolve a reação do carbono com o oxigênio para formar dióxido de carbono (
), o hidrogênio formando água (
), e o enxofre formando dióxido de enxofre (
). O nitrogênio do ar não reage e permanece como
nos produtos.
A equação geral fica:
Passo 6
Vamos agora determinar a quantidade de oxigênio necessário para a combustão:
Para cada mol de
, precisamos de 1 mol de
. Para cada 2 mols de
, precisamos de 1 mol de
. E para cada mol de
, precisamos de 1 mol de
.
Calculando o total de
necessário:
Passo 7
Considerando a ar teórica, que é o ar com quantidade exata de oxigênio necessária para a combustão sem excesso. O ar é composto aproximadamente por 21% de
e 79% de
.
Então, para cada mol de
no ar, temos
mol de
.
Calculando a quantidade de ar necessária:
Passo 8
Agora, vamos determinar as frações molares dos produtos. Os produtos são
,
,
e
.
Calculando o total de mols dos produtos:
As frações molares são:
Passo 9
Para a massa molar aparente dos gases dos produtos, usamos a média ponderada das massas molares dos componentes, considerando suas frações molares.
Usando:
Calculando:
Passo 10
Por fim, a razão ar-combustível é a quantidade de ar necessária para queimar completamente uma quantidade de combustível.
Já calculamos que precisamos de aproximadamente
para 100 kg de carvão.
Para expressar essa razão em massa, precisamos calcular a massa do ar:
Então, a razão ar-combustível é aproximadamente
.
Resposta
As frações molares dos produtos são aproximadamente
,
,
e
. A massa molar aparente dos gases dos produtos é cerca de
. A razão ar-combustível necessária para a combustão é aproximadamente
.
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A mistura gasosa combustível apresenta a seguinte composição em volume:
de
de
e
de
. Considerando a combustão completa com
de ar em excesso, determine o volume de ar real (a CNTP) para a combustão de
dessa mistura a CNTP.
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para uma órbita
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Onde
é a constante de Rydberg e vale
.
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presente.
b. Propano
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