Um carvão apresenta a seguinte composição elementar:
e
cinzas. Este carvão é queimado completamente com ar em excesso de
. Calcule:
O volume de ar real; R:
carvão
O volume de ar real; R:
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre a queima completa de um carvão com uma composição específica. A gente precisa calcular o volume real de ar necessário para essa queima. Para resolver isso, vamos precisar entender um pouco sobre composição elementar, reação de combustão e como calcular os volumes de ar envolvidos. Vamos seguir passo a passo para não ficar confuso!
Passo 2
Primeiro, vamos entender a composição do carvão. Ele é composto por vários elementos em porcentagens específicas:
- 79,1% Carbono ©
- 5,1% Hidrogênio (H)
- 3,6% Oxigênio (O)
- 1,5% Enxofre (S)
- 1,3% Nitrogênio (N)
- 9,4% Cinzas
Essas porcentagens representam a quantidade de cada elemento presente por 1 kg de carvão. Nosso objetivo é descobrir quanto de ar real é necessário para queimar completamente esse carvão, considerando um excesso de 50% de ar.
Passo 3
Vamos lembrar que a combustão completa dos componentes do carvão requer oxigênio (O₂). Cada elemento que queima vai reagir com o oxigênio para formar produtos de combustão:
- Carbono forma dióxido de carbono (CO₂)
- Hidrogênio forma água (H₂O)
- Enxofre forma dióxido de enxofre (SO₂)
O nitrogênio e as cinzas não participam da combustão, mas fazem parte da composição do carvão.
Passo 4
Agora, precisamos calcular a quantidade de oxigênio necessária para queimar cada elemento. Para isso, usamos a estequiometria das reações de combustão:
-
Carbono:
1 mol de C reage com 1 mol de O₂. -
Hidrogênio:
2 mols de H₂ reagem com 1 mol de O₂. -
Enxofre:
1 mol de S reage com 1 mol de O₂.
Passo 5
Vamos calcular os moles de cada elemento presente em 1 kg de carvão:
- Massa molar de C = 12 g/mol
- Massa molar de H = 1 g/mol
- Massa molar de S = 32 g/mol
Calculando os moles:
-
Carbono:
-
Hidrogênio:
-
Enxofre:
Passo 6
Agora, vamos calcular o oxigênio necessário para cada reação:
-
Carbono:
-
Hidrogênio:
-
Enxofre:
Total de oxigênio necessário:
Passo 7
Sabemos que o ar é composto aproximadamente por 21% de oxigênio e 79% de nitrogênio. Portanto, para cada mol de O₂, precisamos de:
Então, o total de ar necessário:
Passo 8
Agora, queremos considerar um excesso de ar de 50%. Isso significa que vamos usar 1,5 vezes o ar calculado:
Passo 9
Finalmente, vamos converter os moles de ar para volume. A condição padrão de temperatura e pressão (25°C e 1 atm) diz que 1 mol de gás ocupa aproximadamente 24,8 litros.
Resposta
O volume de ar real necessário para queimar completamente 1 kg de carvão é de aproximadamente 16.330 litros de ar por kg de carvão.