Calcular a composição dos gases de combustão para cada um dos casos a seguir, nos quais Carbono puro é queimado: a) com combustão completa usando ar teórico; b) com combustão completa usando 50 % de ar em excesso; e c) usando 50 % de ar em excesso e combustão incompleta de 10 % do carbono.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício sobre a composição dos gases de combustão quando o carbono puro é queimado. O conteúdo aqui é de Química, mais especificamente de Combustão e Teoria da Composição dos Gases. Para resolver, vamos precisar entender como calcular a quantidade de oxigênio necessário para a combustão completa, como determinar o ar teórico e como ajustar para excesso de ar e combustão incompleta.

Passo 2

Primeiro, vamos escrever a equação geral da combustão completa do carbono. Quando o carbono queima completamente, ele reage com o oxigênio para formar dióxido de carbono ( ceCO2). A equação balanceada fica assim:
ceC + O2 -> CO2
Isso mostra que 1 mol de carbono reage com 1 mol de oxigênio para formar 1 mol de dióxido de carbono.

Passo 3

Agora, precisamos calcular a quantidade de ar necessária para essa combustão. O ar é composto basicamente por 21% de oxigênio e 79% de nitrogênio. O “ar teórico” é a quantidade mínima de ar necessária para queimar todo o carbono sem deixar nenhum oxigênio sobrando.
Para cada mol de ceO2, temos aproximadamente 10021 approx 4,76 mols de ar. Então, para 1 mol de ceO2, precisamos de 4,76 mols de ar.

Passo 4

Vamos para o item (a): combustão completa usando ar teórico. Como já vimos que 1 mol de carbono precisa de 1 mol de oxigênio e que isso corresponde a 4,76 mols de ar, a composição dos gases de combustão será:
  • ceCO2: 1 mol
  • ceN2: 4,76 mols de ar × 0,79 (fração de ceN2 no ar) ≈ 3,76 mols
Então, a composição dos gases de combustão é ceCO2 e ceN2, sem ceO2 sobrando, já que usamos ar teórico.

Passo 5

Agora, vamos para o item (b): combustão completa usando 50% de ar em excesso. Isso significa que usamos 50% a mais de ar do que o ar teórico necessário.
Primeiro, calculamos o ar com excesso:
Ar total = Ar teórico times (1 + 0,5) = 4,76 times 1,5 = 7,14 mols de ar ó
Desses 7,14 mols de ar, o oxigênio disponível é:
7,14 times 0,21 approx 1,5 mols de ceO2
Como a combustão completa usa 1 mol de ceO2, sobra:
1,5 - 1 = 0,5 mols de ceO2 não consumidos ã
Agora, a composição dos gases será:
  • ceCO2: 1 mol
  • ceO2: 0,5 mols
  • ceN2: 7,14 × 0,79 ≈ 5,64 mols

Passo 6

Por fim, vamos resolver o item ©: combustão com 50% de ar em excesso e 10% de carbon incompleto. Isso significa que 10% do carbono não queima completamente e forma monóxido de carbono ( ceCO).
Primeiro, calculamos a quantidade de carbono que forma ceCO:
10% de 1 mol de ceC = 0,1 mol de ceC
A reação para formar ceCO é:
ce2C + O2 -> 2CO
Então, para 0,1 mol de ceC formando ceCO, precisamos de:
ceC + 12ceO2 ceCO
Portanto, 0,1 mol de ceC consome 0,05 mol de ceO2 e forma 0,1 mol de ceCO.
Agora, dos 1,5 mols de ceO2 disponíveis (com 50% de ar em excesso), 1 mol foi usado para formar ceCO2 e 0,05 mol foi usado para formar ceCO. Assim, o oxigênio sobrando é:
1,5 - 1 - 0,05 = 0,45 mols de ceO2
A composição final dos gases será:
  • ceCO2: 0,9 mols (já que 1 mol total menos 0,1 mol que virou ceCO)
  • ceCO: 0,1 mol
  • ceO2: 0,45 mols
  • ceN2: 7,14 × 0,79 ≈ 5,64 mols

Resposta

A composição dos gases de combustão é:
a) Ar teórico:
  • ceCO2: 1 mol
  • ceN2: 3,76 mols
b) 50% de ar em excesso:
  • ceCO2: 1 mol
  • ceO2: 0,5 mols
  • ceN2: 5,64 mols
c) 50% de ar em excesso e 10% de combustão incompleta:
  • ceCO2: 0,9 mols
  • ceCO: 0,1 mol
  • ceO2: 0,45 mols
  • ceN2: 5,64 mols

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