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 ãã.

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 ã.

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