Tomou-se, num certo ponto de um processo de gaseificação de carvão, uma amostra do gás e esta foi armazenada num cilindro com volume interno igual a 1 litro. A análise da mistura forneceu os seguintes resultados:
- H2 = 25 % em volume.
- N2 = 20 % em volume.
- CO = 40 % em volume.
- CO2 = 15 % em volume.
Determine.
a) A composição da mistura em massa.
b) A massa da amostra no cilindro a 100kPa e 20°C
c) A quantidade de calor necessário para aquecer a amostra, a volume constante, desde o estado inicial até 100°C.
Dados: ; ; ;
Passo 1
Vamos lá, para começar esse exercício e descobrir a composição mássica dessa mistura vamos ter que fazer uma tabelinha parecida com a apresentada na teoria. Vai ficar mais ou menos assim:
Lembrando que começamos pela fração molar, que é igual à porcentagem em volume, e pegamos essa fração molar e multiplicamos pela massa molecular (segundo a tabela periódica, então o CO2 possui massa molecular de 12 do carbono + 2 vezes 16 dos oxigênios, totalizando 44). Assim vamos achar a massa por kmol da mistura, para cada elemento.
Ao somar todos essas massas vamos ter a massa molecular da mistura que é igual a 23,9 kg/kmol.
Por fim, para achar o percentual em massa basta dividir a massa por kmol de um componente (5,6 para o nitrogênio por exemplo) pelo total 23,9.
Passo 2
Agora vamos achar a massa da amostra. Se tivéssemos a constante da mistura seria muito fácil, bastaria aplicar a equação dos gases perfeitos:
Então porque nós não achamos essa constante então? É exatamente isso que vamos fazer e é bem simples. A constante do gás é dada pela constante universal dividida pela massa molecular do gás:
Para a nossa mistura teremos:
Passo 3
Agora basta aplicar a equação para gases perfeitos, lembrando que o volume deve estar em m³ ou seja
Passo 4
Já sabemos, ou deveríamos saber rs, que o calor trocado a volume constante pode ser calculado como:
Como já temos a massa e a diferença de temperatura foi dada basta acharmos o da mistura. Isso é feito através de uma média ponderada com os de cada componente e sua concentração em massa!
Passo 5
Substituir na equação
Resposta
a)
b)
c)