Um carvão mineral apresenta a seguinte composição em peso:
, hidrogênio
e Cinzas
. As quantidades de nitrogênio e de enxofre são desprezíveis. A combustão se dará com
de ar em excesso. Admitindo um grau de complementação de
para o carbono, formando dióxido de carbono e supondo que os restantes
do carbono produzam monóxido de carbono, determinar o volume de ar real que deve ser utilizado na combustão de 100 Kg desse carvão: 1) a CNTP 2) a 25 C e 690 mmHg .
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente tem um carvão mineral com certa composição e precisa descobrir quanto ar é necessário para queimar 100 kg desse carvão. A matéria que vamos usar aqui envolve química de combustão, estequiometria e leis dos gases. Vamos precisar calcular a quantidade de carbono e hidrogênio no carvão, balancear as reações de combustão, considerar o excesso de ar e, por fim, transformar tudo isso em volume de ar nas condições dadas.
Passo 2
Primeiro, vamos determinar a quantidade de carbono e hidrogênio nos 100 kg de carvão. A composição é:
- Carbono ©: 84%
- Hidrogênio (H): 4,8%
- Cinzas: 11,2% (não participam da combustão)
Então, temos:
Passo 3
Agora, vamos converter essas massas para mols usando as massas molares:
- Massa molar do C: 12 g/mol
- Massa molar do H: 1 g/mol
Então:
Passo 4
Vamos balancear as reações de combustão. Sabemos que 90% do carbono vira
e 10% vira
. Então:
As reações são:
Vamos calcular o oxigênio necessário:
Total de
necessário:
Passo 5
Agora, vamos considerar o hidrogênio. A combustão do hidrogênio forma água:
A massa de H é 4,8 kg, então:
Cada mol de
consome 0,5 mol de
:
Total de
necessário agora:
Passo 6
Considerando o excesso de ar de 50%, a quantidade de
real vai ser:
Sabemos que no ar, aproximadamente 21% é
e 79% é
. Então, para cada mol de
, temos:
Passo 7
Agora, vamos converter esses mols de ar para volume nas condições solicitadas.
1) CNTP (0°C e 1 atm):
Sabemos que, na CNTP, 1 mol de gás ocupa 22,4 litros. Então:
2) 25°C e 690 mmHg:
Primeiro, precisamos ajustar a pressão para atm:
Usando a lei dos gases ideais
, reorganizamos para encontrar o volume:
Onde
e T em Kelvin:
Então:
Resposta
Para queimar 100 kg de carvão nas condições solicitadas, o volume de ar real necessário é:
-
Na CNTP: aproximadamente 1.257.662 litros.
-
A 25°C e 690 mmHg: aproximadamente 1.512.000 litros.
Exercícios relacionados
Consideremos um carvão mineral cuja composição química, em porcentagem de peso, é a seguinte: carbono
, hidrogênio
, oxigênio
, nitrogênio
, enxofre
, umidade
, cinza
. Determinar a quantidade volumétrica de ar real necessária para a combustão de 1 Kg desse carvão mineral, considerando
de excesso de ar, em condições de
e 700 mmHg .
Defina oxigênio teórico, ar teórico, ar em excesso e ar real. Como podemos calcular cada um deles?
Calcule o número de mols contidos em
de cada uma das seguintes substâncias:
(a) Ag
(b)
©
(a) Ag
(b)
©
Quantos átomos estão presentes em
de sódio elementar?