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:
Desses 7,14 mols de ar, o oxigênio disponível é:
Como a combustão completa usa 1 mol de
, sobra:
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
Exercícios relacionados
O processo Deacon pode ser revertido para produzir ácido clorídrico através da remoção do
formado usando coque quente, de acordo com a reação:
Cloro gasoso ( vol Cl 2 e
vol ar) é misturado com vapor (
em excesso) e passa sobre um leito de coque aquecido a
. A conversão do
em HCl é de
. Todo o oxigênio do ar reage com o coque para formar
. Calcular a composição dos gases que saem do conversor (base volumétrica).
Cloro gasoso (
Minério de zinco contendo
de ZnS e
de inertes é queimado numa fornalha contendo
de ar em excesso. O sulfeto de zinco é convertido em óxido de zinco de acordo com a reação:
O óxido de zinco é então misturado com coque ( e
de inertes em peso), numa segunda unidade onde o óxido de zinco é reduzido ao metal de acordo com a reação:
Com base em 1 tonelada de minério de Zinco alimentado à fornalha, calcular: a) a composição dos gases deixando a fornalha (base volumétrica); b) a produtividade de zinco metálico; e c) a quantidade de coque consumido.
O óxido de zinco é então misturado com coque (
Com base em 1 tonelada de minério de Zinco alimentado à fornalha, calcular: a) a composição dos gases deixando a fornalha (base volumétrica); b) a produtividade de zinco metálico; e c) a quantidade de coque consumido.
A conversão de CO a CO 2 é dada por:
Esta reação atinge o equilíbrio a uma dada temperatura e as frações molares dos compostos presentes na reação são dadas pela equação: , na qual
é a constante de equilíbrio, cujo valor, para
, é 1,00. Supondo que a alimentação do reator contém 10 mol de CO e 2 mol de
e que a reação atinge o equilíbrio a 1105 K , pede-se calcular: a) A composição de equilíbrio da mistura; e b) A conversão da reação.
Esta reação atinge o equilíbrio a uma dada temperatura e as frações molares dos compostos presentes na reação são dadas pela equação: