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 de ar em excesso; e c) usando de ar em excesso e combustão incompleta de 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 ( ). A equação balanceada fica assim:
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 , temos aproximadamente mols de ar. Então, para 1 mol de , 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:
  • : 1 mol
  • : 4,76 mols de ar × 0,79 (fração de no ar) ≈ 3,76 mols
Então, a composição dos gases de combustão é e , sem 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:
ó
Desses 7,14 mols de ar, o oxigênio disponível é:
Como a combustão completa usa 1 mol de , sobra:
ã
Agora, a composição dos gases será:
  • : 1 mol
  • : 0,5 mols
  • : 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 ( ).
Primeiro, calculamos a quantidade de carbono que forma :
A reação para formar é:
Então, para 0,1 mol de formando , precisamos de:
Portanto, 0,1 mol de consome 0,05 mol de e forma 0,1 mol de .
Agora, dos 1,5 mols de disponíveis (com 50% de ar em excesso), 1 mol foi usado para formar e 0,05 mol foi usado para formar . Assim, o oxigênio sobrando é:
A composição final dos gases será:
  • : 0,9 mols (já que 1 mol total menos 0,1 mol que virou )
  • : 0,1 mol
  • : 0,45 mols
  • : 7,14 × 0,79 ≈ 5,64 mols

Resposta

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

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